Формирование археологической коллекции Златоустовского музея проходило как в ходе собрания случайных находок, так и в процессе целенаправленной деятельности профессиональных археологов. Археологическая коллекция музея важна для построения общей периодизации древностей горно-лесной части. Фонды музея были пополнены в результате разведки и рекогносцировочных раскопок средневековых курганов АН Наук СССР под руководством А.В. Шмидта в 1927 году. Летом 1955 года в долине реки Ай была проведена экспедиция Челябинского и Златоустовского краеведческих музеев под руководством Э. Медниковой. Стационарные памятники каменного века выявлены в ходе разведки 1955 года.
На данный момент коллекция насчитывает 385 единиц хранения и представлена эпохами: неолит, энеолит, ранний бронзовый век, бронзовый век, поздний бронзовый век, финальный бронзовый век, ранний железный век, средневековье, XIX- XXвека.
На стоянке Петропавловской зафиксирован неолитический комплекс керамики и кремня, обнаружен топор- молоток и фрагменты сосудов.
Фрагмент стенки сосуда.Неолит
Материалы бронзового века представлены фрагментами керамической посуды. Памятники раннего железного века представлены фрагментами сосудами иткульской и гамаюнской культуры. Ранний железный век представлен сосудами гороховской, иткульской, гамаюнской культур. Материалы средневековой эпохи представлены предметами: стремена, удила, кольчуга, копье, сабля.
Железный кинжал. 4-2 вв. до н.э.
Археологическая коллекция «Музея истории и культуры города Златоуста» важна для построения общей периодизации древностей горно- лесной части и послужит материалом для серии научных публикаций.