Godine 1872. u Dubrovniku je osnovan Domorodni muzej, a sredinom 1873. u općinskoj je zgradi napravljen prvi muzejski postav. Među eksponatima, uglavnom iz razdoblja Dubrovačke Republike, isticali su se arheološki izlošci, primjerice egipatska mumija, grčke vaze i antičke amfore. Darovatelji su bili kolekcionari, istaknuti članovi vlastelinskih obitelji, pomorci i Dubrovčani u svijetu. Među njima valja istaknuti velike dobrotvore i donatore braću Amerling, gorljive zagovaratelje osnivanja muzeja, koji su darovali većinu egipatskih, orijentalnih i japanskih predmeta, ptica, minerala i raznovrsnih rijetkosti.
Arthur Evans, arheolog svjetskoga glasa i začetnik arheoloških istraživanja na dubrovačkom području, poklonio je 1882. Muzeju tri rimska nadgrobna natpisa iz Cavtata, koji su prvi uvedeni u knjigu darovanih i kupljenih predmeta. U vrijeme oblikovanja hrvatske arheološke znanosti početkom 20. stoljeća, ljubitelji starina okupljeni oko dubrovačkog ogranka Hrvatskog starinarskog društva u Kninu i Braće Hrvatskog zmaja, započeli su istraživati porušenu Crkvu sv. Stjepana i ona je nakon toga služila kao privremeni lapidarij predromaničke skulpture. Godine 1932. Domorodni muzej dobiva na uporabu prvi kat Tvrđave sv. Ivana i tada se prvi put formiraju zbirke, među njima i arheološka.
Godine 1941. eksponati su bili pohranjeni u prizemlju žitnice Rupe, a najljepši primjerci kamene skulpture poslje su izloženi u istom prostoru, gdje su ostali sve do preuređenja zgrade u Etnografski muzej. Dio kamenih spomenika premješten je 1960., na prijedlog Društva prijatelja dubrovačke starine, iz Rupa u tvrđavu Bokar, a tri godine potom Odjel započinje s prvim arheološkim istraživanjima. 1990-ih prerastao je u Arheološki muzej u sastavu Dubrovačkih muzeja. Građa se mnogostruko uvećala tijekom arheoloških istraživanja, i podijeljena je u osam zbirka koje pokrivaju vremensko razdoblje od ranoga neolitika do druge polovice 17. stoljeća, to jest do razornog potresa 1667. godine.
Kako nema riješen prostor za stalni postav, Muzej prezentira bogatu arheološku povijest dubrovačkoga područja putem povremenih tematskih izložbi. U prizemlju tvrđave Revelina, koje je dodijeljeno na privremeno korištenje, trenutno su postavljene dvije izložbe: „Ranosrednjovjekovna skulptura Arheološkog muzeja u Dubrovniku“ i „Cvijet u kamenu".