На сегодняшний день в музее-заповеднике обнаружено 48 памятников археологии от эпохи позднего палеолита до средневековья.
В последнее десятилетие планомерно исследуется памятник «Дивногорье-9» — место гибели древней лошади и стоянка древнего человека 14-12 тысяч лет назад. В музее-заповеднике хранится собранная здесь крупнейшая в мире коллекция костей дикой лошади позднеледникового периода.
Широко известен и хорошо исследован памятник эпохи средневековья — Маяцкий археологический комплекс, северо-западный форпост Хазарского каганата IX-X веков.
Также интересны для ученых стоянка древнего человека позднего палеолита «Дивногорье-1», многочисленные курганы эпохи бронзы.
Погрузиться в другую эпоху помогают тематические экспозиции, посвященные различным этапам истории Дивногорья. В «Палеолитических мастерских» воссоздана эпоха каменного века, проводятся мастер-классы по изготовлению каменных орудий труда. В археологическом парке «От кочевий к городам» реконструировано средневековое поселение салтово-маяцкой культуры.