Гордость коллекции —  фрагменты корабля XIX в., обнаруженные в карьере «Приморский» Калининградского янтарного комбината в 2000 г. Подобные находки крайне редки как в европейской, так и в российской археологии. Эта находка расширила известные представления о конструкции судов и о технологиях судостроения, используемых на Балтийском море в XIX в.  

В 2009 г. в коллекцию поступили предметы XYIII—XYIII вв., поднятые со дна реки Волхов. В коллекции также собраны находки XVIII в., обнаруженные при проведении подводных исследований 1990—1991 гг. на о. Кулалы (Каспий), и находки XVII в. из села Дединово. Часть находок XVI в. с места зимовки В. Баренца в бухте Ледяная гавань (Новая Земля) поступили в музей от Морской Арктической комплексной экспедиции (МАКЭ). Это металлические гвозди от жилых строений, фрагменты кожаной обуви, небольшие фрагменты судового дерева, фрагменты сосудов, куски каменного угля.

В результате совместных с партнерами экспедиций музея были выявлены и идентифицированы в Юго-Восточной Балтике затонувшие объекты периода Второй мировой войны: немецкий артиллерийский корабль «Драхе» (2009), немецкое судно ледокольного типа «Поллукс» (2011), советская подводная лодка С-4 (2013), советская подводная лодка С-10 (2017), находки с которых поступили в фонды музея.

В 2018 г. в музей поступили уникальные находки с затонувшей в Баренцовом море в 1871 г. паровой яхты «Эйра» английского исследователя Бенджамина Ли Смита. Яхта была обнаружена экспедицией «Открытый Океан: Архипелаги Арктики - 2018», организованной Ассоциацией «Морское наследие России» при участии Музея Мирового океана. Впервые в российской Арктике были проведены самые северные в мире подводные археологические работы.

В археологической коллекции музея также широко представлены региональные находки, относящиеся  к периоду с V по  XIX в. (фрагменты курительных трубок, сосудов, топоры, грузила, пуговицы, пряжки, фибулы, фрагменты печных изразцов, кровельной черепицы товарные пломбы), обнаруженные на местах строительства музейных объектов в Калининграде.

Научная обработка коллекции осуществлялась Институтом археологии РАН, Самбийской археологической экспедицией ИА РАН, Центром подводных исследований Русского географического общества.