Археологический музей Бургаса располагается в здании бывшей женской гимназии, построенном в 1894 году по проекту швейцарского архитектора Хермана Майера. В первых залах музея представлены экспонаты, относящиеся к эпохе неолита: это древнейшие орудия труда, изделия из кости и камня. Далее демонстрируются предметы, свидетельствующие о населенности этого региона в античную эпоху. В экспозиции представлены артефакты, имеющие отношение к культуре Древнего Рима, греческим полисам на Черноморском побережье. Особый интерес вызывает коллекция старинных якорей, начиная от миниатюрных и заканчивая гигантскими. Также большую ценность имеет статуя Аполлона из поселения Антий.
В третьем зале Археологического музея Бургаса выставлены находки, датируемые фракийским периодом (I-III вв.). Это всевозможные монеты, украшения, керамика, обрядовые статуэтки из курганов. Дополняет эту коллекцию гробница-дольмен (XIII в.), расположенная под открытым небом рядом со зданием. Из памятников более поздних эпох можно увидеть предметы культуры греков, армян, турок, евреев, болгар, проживавших в городе в XVII-XX столетиях.
В музее организован показ видеофильмов, проводятся экскурсии, в том числе и на русском языке.