Il Museo Civico fin dall'inizio si è caratterizzato per il prevalere della sezione archeologica. Questa è stata completamente rinnovata nel 1997, con un accurato progetto espositivo curato dal prof. Giancarlo Gori.

Già all'esterno, sotto uno dei due androni e nel piccolo cortile antistante l'ingresso al museo, sono raccolti epigrafi ed elementi architettonici (fusti di colonne e capitelli) di età romana. Notevole, a lato dell'ingresso al museo, è la base marmorea della statua in bronzo di Gaio Edio Vero (II secolo d.C.), patronus di Forum Sempronii e per questo omaggiato dai duoviri e dai decurioni della città con questo dono, come ricordano le due iscrizioni dedicatorie.

All'interno, l'esposizione dei materiali, tutti di provenienza locale, illustra in successione diacronica l'evoluzione del popolamento di questo settore della valle del Metauro dalla Preistoria all'età romana.

Nella Sala del Vestibolo (sala I) vi sono i reperti riferibili alla Preistoria e Protostoria. Nelle prime tre bacheche sulla sinistra troviamo manufatti, soprattutto selci, provenienti da siti della valle del Tarugo e cronologicamente inquadrabili dal Paleolitico all'età del Bronzo; alcuni pannelli illustrano poi le tecniche di lavorazione della pietra. Nelle due bacheche seguenti e nella vetrina in angolo sono raccolti materiali del sito di Ca' Balzano, che fra XIII e XII secolo a.C. è occupato da genti di cultura Subappenninica. Il percorso prosegue con tre vetrine dedicate alle testimonianze della Cultura Picena, la cui presenza è attesta in più siti, in contesti di IX-V secolo a.C..

Di particolare interesse sono la spada bronzea di tipo italico da Serrungarina, le statuette votive in bronzo e in terracotta dalla stipe votiva del Tarugo presso Isola di Fano, i frammenti di ceramica attica dagli abitati di Monte Aguzzo e Monte Raggio, che testimoniano rapporti commerciali con la Grecia, le fibule ad arco con nucleo d'ambra e le fibule a sanguisuga.

La Sala del Teatro (sala II), la più ampia, è interamente dedicata all'età romana e si articola in tre sezioni: la città di Forum Sempronii e il suo territorio, aspetti e testimonianze di vita quotidiana, tombe e rituali funerari.

La prima sezione, sulla sinistra, si apre con alcuni documenti epigrafici che riportano notizie riguardanti interventi effettuati su alcuni edifici e vie dell'area urbana e che ci informano delle magistrature e dei collegi sacerdotali cittadini, nonché delle divinità e degli imperatori a cui i Forosemproniensi erano devoti o esprimevano riconoscenza.

Una pianta di Forum Sempronii ricostruisce l'impianto urbanistico e una carta del territorio documenta l'intensità del popolamento di età romana. La prima sezione prosegue con la statuaria e gli elementi architettonici.

Di particolare interesse sono una statua loricata (cioè di un personaggio vestito con armatura) forse degli imperatori Adriano (117-138 d.C.) o Commodo (176-192 d.C.), i ritratti degli imperatori Caligola (37-41 d.C.) e Adriano, il ritratto femminile con acconciatura "a turbante" e i capitelli in marmo. In una vetrina sono esposti alcuni frammenti di statue bronzee dorate, che in origine dovevano appartenere a monumenti analoghi al celebre gruppo dei "Bronzi di Cartoceto".

Nella seconda sezione gli aspetti e le testimonianze della vita quotidiana sono ricostruiti con l'esposizione di oggetti di vario tipo (instrumentum domesticum) in cinque vetrine che occupano l'intera parete di fondo della sala: pesi da bilancia e da telaio, monete, strumenti chirurgici e da cosmesi, ceramiche, lucerne, ornamenti e gioielli. Chiude la seconda sezione l'angolo delle anfore, il più comune contenitore per il trasporto e la conservazione di generi alimentari di varia natura, dal vino all'olio, alle salse di pesce, alla frutta secca, ai legumi. Ne è esposta una ricca tipologia, con alcuni esemplari che presentano il marchio del fabbricante o dei graffiti a volte indicanti il contenuto.Concludono l'età romana le testimonianze relative al culto dei morti. La varietà dei monumenti funerari esposti testimonia quanto sentito fosse il tema della morte e con quale preoccupazione si cercasse di perpetuare al meglio la memoria di sé, naturalmente in un modo diversificato che rifletteva le differenti possibilità economiche.

Accanto ai diversi tipi di stele più o meno elaborate, come quella a pseudoedicola dei Marii (I secolo d.C.), troviamo semplici iscrizioni funerarie o testimonianze di maggior evidenza sociale, come il sarcofago con tabella ansata senza alcuna iscrizione (V secolo d.C.) e il frammento architettonico con falere che in origine doveva appartenere a una tomba di una certa monumentalità. Nelle due vetrine sono poi raccolti i materiali recuperati in alcune sepolture messe in luce nel territorio. Nella prima vi sono i corredi delle tombe interne ed esterne al recinto funerario della famiglia Cissonia scoperto a Calmazzo e databile alla media età imperiale: notevoli sono i due grandi unguentari vitrei e il monile in oro da una delle sepolture. Accanto a questi vi sono materiali recuperati dal sepolcreto di Ponterotto e dalla necropoli orientale di Forum Sempronii.

Più recente è la sezione dedicata alla vita di Forum Sempronii in età tardoantica e altomedievale, allestita nella terza sala posta sulla sinistra appena entrati al museo. Gli scavi testimoniano che ancora nel VI secolo l'area urbana era frequentata e abitata, seppur con modalità differenti rispetto a quanto documentato per la piena età romana e tipiche di quel processo di ruralizzazione nel frattempo intercorso. Nelle vetrine vi sono monete di IV-VI secolo, lucerne, frammenti di anfore e numerose classi di ceramiche (terra sigillata africana, terra sigillata chiara italica, a vernice rossa tarda, invetriata tardoantica, tardoromana a superficie lisciata, acroma grezza "tipo Classe", dipinta tarda) che in alcuni casi si datano fino a primi anni del VII secolo.

Sono poi sinteticamente descritti anche i rinvenimenti effettuati nel 1988-89 a Fossombrone in piazza Mazzini, dove è stato messo in luce un sepolcreto altomedievale che ha restituito una cinquantina di tombe, alcune sicuramente di VII secolo. Chiudono la sezione e l'intero percorso museale alcuni elementi architettonici di VIII-IX secolo provenienti dall'area archeologica della città romana e in particolare dall'area della Chiesa di San Martino del Piano. All'esterno del Museo si trova un piccolo Lapidario con elementi architettonici ed epigrafici di età romana. (Paolo Campagnoli).