Las colecciones arqueológicas que alberga el palacio constituyen un inestimable testimonio del pasado de Francia, desde los primeros signos de presencia humana hasta los albores de la Edad Media. Caben destacar la Dama de Brassempouy (obra maestra del arte Paleolítico), la cabeza de caballo del Mas-d'Azil, cerámica galorromana, sepulturas merovingias y el carro votivo de Mérida. No se pierda tampoco la magnífica colección de grabados prehistóricos, tanto sobre hueso como sobre roca.