En su interior se muestra una buena colección de objetos representativos de una larga etapa histórica, desde el Paleolítico Superior hasta bien entrada la Edad Media; la mayor parte recogidos en yacimientos del término. Cuevas como la del Vinalopó, la Sarsa, la cueva de la Gerra y la cueva de la Monja, son unas de las productoras más importantes de materiales. Del Paleolítico Superior se exponen raspadores, buriles, puntas, hojas y astillas de sílex, un punzón sobre caña y restos de fauna encontrados en la Cueva del Vinalopó.
La Cueva de la Sarsa es uno de los yacimientos más importantes del Neolítico de todo el Mediterráneo occiedental y en el museo se expone un gran número de piezas de cerámica cardial: una vasija casi completa de grande belleza decorativa, una buena colección de asas y una espléndida serie de fragmentos, ejemplares de instrumentos de sílex y piedra, punzones de hueso, grandes de collares, restos de brazaletes y otros objetos ornamentales de pechinas, hueso, piedra y un entierro doble aparecido en una grieta.
De la primera edad de los metales del Eneolítico, se exhibe parte del paramento del entierro colectivo de la Cueva de la Gerra. Además se encuentra una buena exposición de puntas de flechas, raspadores y hojas-cuchillos de sílex, un aixol de piedra pulida, punzones de hueso y fragmentos de cerámica.
De la cultura ibérica se encontró en la Lloma de Galbis el «Lleó de Bocairent» del siglo IV a.c. y que se conserva actualmente al museo Pio V de Valencia. También se expone una buena muestra de cerámica medieval y morisca, recogida en la Cueva de la Monja.