Nella sezione archeologica sono esposti numerosi reperti provenienti dal sito archeologico di Masseria Vicentino, in agro di Grottaglie, individuato per la prima volta nella metà degli anni Sessanta. Le diverse campagne di scavo hanno portato alla luce abbondanti reperti ceramici, datati tra l’ VIII e il IV sec. a.C., fra cui spiccano le olle globulari con motivi geometrici e le patere dipinte o incise. Il museo di Grottaglie espone anche reperti provenienti dal Museo Archeologico di Taranto, rinvenuti presso il Monastero delle Benedettine di Manduria nello scavo del 1990. Tali reperti sono riconducibili per la maggior parte al sec. XV e XVI, con l’eccezione di alcune lucerne del V-VI secolo d.C. . E’ possibile classificarli secondo le categorie: maiolica monocroma bianca, ceramica dipinta acroma, ceramica da fuoco invetriata e incisa, ceramica decorata sotto vetrina.