Dział liczy ponad 900 pozycji inwentarzowych. Eksponaty znajdujące się w dziale archeologicznym pochodzą z odkryć przypadkowych oraz z badań ratowniczo – wykopaliskowych. Badania z udziałem pracowników muzeum przeprowadzono na kilku obiektach. W 1964 roku przeprowadzono prace wykopaliskowe i badania terenowe na dziedzińcu Zamku Książąt Mazowieckich. Prowadzili je pracownicy Muzeum Archeologicznego i Etnograficznego w Łodzi. Wśród nich Bogusław Abramek, archeolog, przyszły kierownik muzeum. Badania archeologiczne na dziedzińcu zamkowym kontynuowane były w 1967 r. pod kierunkiem Jerzego Augustyniaka, ówczesnego kierownika muzeum oraz w latach 1970 – 1972, pod kierunkiem Jerzego Guli. W trakcie tych prac pozyskano bogaty zespół zabytków ruchomych, stanowiących w dużej mierze podstawę zbiorów archeologicznych muzeum. Są to między innymi fragmenty średniowiecznych i nowożytnych naczyń i kafli; wyroby metalowe: podkowy, ostrogi, kłódki cylindryczne, gwoździe; fragmenty okuć drzwi, sprzączki, krzesiwa, groty strzał do kusz oraz fragmenty tkanin, wyrobów skórzanych i drewnianych.
Badania archeologiczne, w trakcie których pozyskano zabytki kultury materialnej wchodzące dzisiaj w skład zbiorów archeologicznych Muzeum Ziemi Rawskiej pochodzą również z prac wykopaliskowych prowadzonych w innych miejscach na terenie historycznej ziemi rawskiej i nie tylko. W 1965 roku przeprowadzono badania na cmentarzysku ciałopalnym prasłowiańskiej kultury łużyckiej z IV okresu epoki brązu (1100 – 900 lat p.n.e.) w Sanogoszczy koło Cielądza. Z badań tych pochodzą: fragmenty ceramiki, naczyń glinianych i przepalonych kości. W 1968 r. przeprowadzono badania na grodzisku wczesnośredniowiecznym na tzw. „Anielskiej Górze” w Rawie Mazowieckiej. Prace prowadził ówczesny dyrektor muzeum mgr Jerzy Augustyniak, a muzealia pochodzące z tych badań to m.in. osełka kamienna, fragmenty ceramiki, sprzączki żelazne, podkowy, ostrogi, gwoździe, krzesiwa i fragmenty polepy.
W 1971 r. mgr Piotr Zaręba prowadził badania na wczesnośredniowiecznym cmentarzysku szkieletowym obok kościoła św. Idziego w Inowłodzu nad Pilicą, gdzie znaleziono m.in. fragmenty kości, naczyń, nóż żelazny i gwoździe. W 1972 r. również Piotr Zaręba przebadał grodzisko późnośredniowieczne w Marchatach (gmina Biała Rawska). W latach 1986-1987 dr Henryk Wiklak prowadził badania na cmentarzysku kultury grobów kloszowych i kultury przeworskiej w Różycach – Starej Wsi koło Kocierzewa. W 1988 r. przeprowadzono badania na cmentarzysku szkieletowym (XIV – XVIII w.) w Sierzchowach w gminie Cielądz, gdzie znaleziono m.in. szkielety i czaszki ludzkie, paciorki szklane, fragmenty butów skórzanych i tkanin, żelazne gwoździe trumienne, fragmenty naczyń glinianych i szklanych.
Do ciekawszych zabytków odkrytych przypadkowo należy miecz żelazny, obusieczny z III – IV w. n.e. z kręgu kultury wenedzkiej wykopany podczas orki pól w Annosławiu koło Cielądza.
W zbiorach działu archeologii znajduje się ponadto pochówek ciałopalny mężczyzny z okresu wpływów rzymskich wraz z wyposażeniem, na który składają się: miecz rytualnie zgięty, imacz, umbo, fragmenty metalowego okucia (prawdopodobnie pasa), nożyce, nóż, fragment szpili kościanej, brązowej zapinki, urna i przepalone kości. Ten zbiór artefaktów, pochodzący z Gzowa k. Słupii, został przekazany do muzeum w depozyt w 2004 r. przez Wojewódzki Urząd Ochrony Zabytków w Łodzi, Delegaturę w Skierniewicach. W darach do działu archeologii zostało przekazanych wiele materiałów, często wartościowych, pochodzących z nadzorów archeologicznych, jak np. materiały przekazane w 2011 r. przez Przedsiębiorstwo Archeologiczno – Konserwatorskie „KAIROS – PLUS” z Łodzi, które prowadziło badania w pasie obwodnicy miasta Rawa Mazowiecka podczas jej budowy w 2005 r. Pozyskany wówczas materiał z różnych okresów dziejowych prezentowany był na wystawie czasowej „Rawa Mazowiecka. Od pradziejów po nowożytność” w 2012 r.
