Музей располагает большими и разнообразными по составу коллекциями материалов эпохи неолита. Представлены материалы культур, распространенных на огромных и отдаленных друг от друга территориях Восточной Европы, Сибири, Средней Азии.

Особенно полно показаны археологические комплексы, происходящие из лесных областей Европейской России и раскрывающие жизнь неолитических племен обширного края VI-середины II тысячелетия до н. э. поселений Волго-Окского междуречья, Урала, южных районов Псковской области, в том числе свайных поселений и Карелии.

Собрание неолитических памятников лесных территорий европейской России раскрывает культуру населения, в хозяйстве которого ведущее положение занимали охота и рыболовство.

Печать художественного творчества лежит даже на многих изделиях утилитарного назначения, например, орнаментированных глиняных сосудах. Объемные изображения животных и человека изготавливались из рога, кости, дерева. Каменные шлифованные фигурные топоры-молоты, один из концов которого завершается головой лося или медведя, переданной с исключительной выразительностью и правдоподобием, очевидно, употреблялись при совершении религиозных обрядов. Весьма схематичны и стилизованы маленькие, тщательно обработанные кремневые фигурки людей, животных, птиц, служившие украшениями-амулетами.

Представлены в музее и образцы монументального искусства древнего населения лесной европейской полосы. Это выбитые изображения на скалах - петроглифы - выдающиеся памятники изобразительного искусства неолитической эпохи. Исполнены петроглифы в разнообразной манере: одни - реалистично, другие - условно; имеются контурные рисунки, но большинство изображений силуэтное.