La collection préhistorique rassemble actuellement 225.000 objets catalogués, se référant à un arc chronologique qui s’étend du Paléolithique Moyen au premier âge du Fer, fruit des recherches et des découvertes menées dans plus de 130 localités du territoire frioulan. Comprend:
- matériaux lithiques (silex, obsidienne, pierre verte, pierre lourde),
- récipients et objets d’art en terre cuite,
- objets en os et en matière dure animale (os, corne, scène),
- objets en métal,
- os d’animaux,
- restes anthropologiques.

La première série inventoriée en collection est à rapporter à la Grotte de Robič, cavité située juste au nord du col de Stupizza maintenant en Slovénie, qu’Achille Tellini, naturaliste frioulan, étudia en 1894. D’autres matériaux provenant de diverses grottes des Vallées du Natison sont ensuite entrés en collection, comme par exemple Velika Jama, Ciondar des Paganis, Fòran di Landri et Šuošterjova Jama, qui ont fait l’objet de fouilles par les membres du Cercle spéléologique et hydrologique du Frioul dans les premières décennies du siècle dernier et qui sont récemment devenus l’objet d’un nouveau projet de recherche.

Suite à des recherches menées sur le terrain, la section conserve les matériaux d’un autre site situé dans les Vallées du Natisone, le Refuge de Biarzo, et de certains sites néolithiques situés en plaine, tels que Sammardenchia (Pozzuolo del Friuli) et Piancada (Palazzolo dello Stella) et Nogaredo al Torre. 

Consulter la bibliographie de la Préhistoire et Protohistoire du Frioul Vénétie Julienne .