В подклете церкви Введения с Трапезной палатой открыта экспозиция "Древности Белозерья. История края по материалам археологических раскопок". Это первая полноценная экспозиция по археологии Белозерского края в Вологодской области. Впервые на Вологодчине показаны материалы монастырской археологии. В экспозиции представлено более 4 000 археологических предметов различных хронологических периодов: от мезолита (IX тыс. до н.э.) до позднего средневековья. Наиболее полно показан период средневековья, и это делает экспозицию одной из крупнейших на северо-западе России. Среди экспонатов есть уникальные произведения древнего искусства, единственные не только в собрании музея, но и в археологических коллекциях других музеев России.
Основу обширной коллекции археологии составляют материалы, поступившие в музей в результате экспедиционных исследований 1980 - 1990-х гг. Основная часть экспонируемых материалов относится ко времени средневековья, представленного всеми типами археологических памятников: сельскими поселениями, городищами, могильниками. Среди них наиболее интересны находки из летописного города Белоозера, многослойных памятников Мининского археологического комплекса, могильников Нефедьево и Кемского некрополя. Материалы археологических раскопок, проводившихся на территории Кирилло-Белозерского монастыря, составили основу позднейшей в хронологическом отношении части археологической коллекции музея.
Экспозиция "Древности Белозерья" располагается в четырёх залах. В первом зале представлены реконструкция погребения эпохи мезолита, керамика неолита, а также карта Белозерского края, на которой отмечены около 500 археологических памятников. В следующем зале находятся материалы по древнейшим поселениям Белозерья эпохи камня, бронзы и раннего железа. Экспонаты, карты, схемы, реконструкции рассказывают о заселении края финно-уграми и славянами в X - XIII вв.
Значительная часть экспозиционной площади зала посвящена истории древнерусского города Белоозеро. Археологические материалы свидетельствуют о развитии в городе косторезного ремесла, ткачества, обработки чёрных и цветных металлов, о занятиях жителей земледелием, охотой и рыболовством. Многочисленные находки товарных пломб, монет свидетельствуют о развитии торговли. Среди украшений преобладают зооморфные украшения. Особое место в костюме горожанки занимали стеклянные браслеты, практически отсутствовавшие в селе. О богатстве населения свидетельствуют золотые женские украшения. О грамотности населения Белоозера говорят находки железного писала и книжных застёжек. Город Белоозеро был центром христианизации края. Крестики и иконки изготавливались из разных материалов, в том числе из камня, как в самом Белоозере, так и привозились из других мест. Среди Белозерских находок встречаются настоящие произведения искусства работы местных мастеров. Местному мастеру принадлежит представленная на выставке незаконченная каменная иконка с изображением св. Глеба, покровителя Белозерского князя Глеба Васильковича (XIII в.). Сельские поселения Белозерского края, современные древнему городу Белоозеру, представлены на выставке материалами наиболее полно изученного на сегодняшний день и уникального в научном отношении Мининского археологического комплекса.
В третьем зале экспозиции экспонируются погребальные памятники. Они существенно дополняют редкие письменные свидетельства, в большинстве же случаев являются единственными источниками, позволяющими учёным делать выводы об этнической принадлежности погребённых, их образе жизни, материальной культуре, обычаях и верованиях, а также о питании и палеэкологических условиях.
Представленная в четвёртом зале коллекция позволяет полнее осветить некоторые стороны жизни монастыря, не восстанавливаемые по другим источникам. Исследования кузницы, оружейной палаты, солодёжни, ледников, некрополя Кирилло-Белозерского монастыря пополнили фонды музея деталями архитектурного декора первых каменных построек обители и предметами хозяйственного производства. Особый интерес представляют находки, обнаруженные при исследовании культурных напластований XVI в. с так называемым мокрым слоем, в котором сохраняются предметы из органических материалов: дерева, кожи, ткани, дающие представление о некоторых сторонах повседневного монастырского быта.
Коллекция археологии Кирилло-Белозерского музея планомерно пополнялась благодаря экспедициям, организованным под руководством А.Я. Брюсова, П.А. Сухова, Л.А. Голубевой, С.В. Ошибкиной. Основу фонда составляют материалы Онежско-Сухонской экспедиции, руководимой Н.А. Макаровым. В ходе экспедиционных работ собрана огромная коллекция вещей XI - XII вв., включающая обильный нумизматический материал, ювелирные украшения и детали костюма, предметы быта и вооружения.
Археологические исследования территории Кирилло-Белозерского монастыря ежегодно, начиная с 1994 г., ведёт отряд Вологодского научно-производственного центра "Древности Севера" под руководством археолога А.В. Суворова.
