Occupant l'aile orientale du cloître disparu de l'ancienne abbaye de St-Bénigne, il présente des collections régionales de la Préhistoire au Moyen Âge. De superbes salles romanes abritent des sculptures gallo-romaines, dont la statuette de la déesse Sequana. L'ancien dortoir des moines est consacré à la sculpture médiévale, une jolie frise représente les déesses mères d'Alésia et des sarcophages mérovingiens des 5e et 6e s. occupent le square. Des pièces datant du 14e s. au 19e s. ont aussi été mises au jour.