Die regelmäßig durch regionale Grabungsfunde bereicherten archäologischen Sammlungen befinden sich im Untergeschoss. Im Klosterkeller werden die Exponate aus der Vor- und Frühgeschichte und der merowingischen Zeit präsentiert, im benachbarten Raum die Werke, die in der römischen Antike entstanden sind. Mit zahlreichen Gebrauchsgegenständen und Grabbeigaben, von denen die meisten in der nördlichen Hälfte des Départements Haut-Rhin gefunden wurden, gewähren die Sammlungen einen nahezu vollständigen Überblick über die großen Entwicklungsstadien des Menschen.
Um die Sammlung des Musée Unterlinden zu entdecken, stehen herunterladbare Inhalte zu Verfügung (Smartphone und Tablet-Computer) . Diese sind demnächst auch in den Ausstellungsräumen zugänglich.