Aрхеологическият музей, в който е представена експозицията “Търновград – столица на България XII – XIV век”, се намира западно от площад “Съединение”. Изложените в нея археологически паметници илюстрират хилядолетната история и култура на Великотърновския регион, като акцентът е поставен върху периода, когато градът е столица на българската средновековна държава.
В първа зала са експонирани керамични съдове, оръдия на труда, оръжие, идолна пластика и др. които в хронологически ред представят развитието на поселищния живот в региона през най-дълбоката древност.
Те произхождат от проучени по археологически път обекти – селищна могила в с. Самоводене ( неолит 5700-5000 пр. Хр.), селище в местността “Качица”, В. Търново(неолит-халколит 5300–3800 г. пр. Хр.), Джулюница (халколит 4800-4000 г. пр. Хр.), селищна могила при с. Хотница (халколит), селище при Хотнишкия водопад (преход от халколит към бронз 3600 г. пр Хр.), тракийското селище на хълма Царевец (тракийска култура). Особен интерес представляват няколко уникални експоната – дъно на керамичен съд от неолита със знаци от предписмена система; златно халколитно съкровище от с. Хотница; златни халколитни накити от пещерата при с. Емен, четири колективни находки от оръдия на труда и оръжие от бронзовата епоха, материали от тракийската гробница при с. Изгрев.
През античната епоха на територията на сегашния Великотърновски регион се обособяват няколко големи градски, военоноадминстративни и икономически центъра. Експозицията във втора зала илюстрира тяхната история и мястото им в културноисторическото ни наследство. Чрез оригинален веществен материал и фотоси са представени различни аспекти на материалната култура на големият градски център Никополис ад Иструм, римският военен лагер Нове, центровете за производство на художествена, битова и строителна керамика при Павликени, Бутово, Хотница, Бяла черква, тържищата Перитензиум и Дискодуратере, ранновизантийският град разположен на хълмовете Царевец и Момина крепост.
Най-впечатляващи сред експонираните паметници са: колекцията от керамични съдове и калъпи от II – IV век; оброчни плочки с изображения на древногръцки, тракийски и римски божества; бронзова пластика; геми и камеи изработени от скъпоценни и полускъпоценни камъни; накити и др.
