La collection de Préhistoire nationale est une des plus vastes de Belgique. Des premières occupations humaines - il y a près d'un demi-million d'années - aux Celtes, toutes les périodes sont présentées dans une salle moderne. Une salle contiguë est consacrée aux fouilles belges menées par les frères Siret en Espagne.

De nombreux objets en silex mettent en lumière le mode de vie des chasseurs-cueilleurs de la Préhistoire, ainsi que celui des premiers agriculteurs et pasteurs. Parmi ces objets, on trouve le célèbre silex du 4e millénaire qui fut extrait dans une mine néolithique souterraine à Spiennes – un site qui fut d’ailleurs inscrit, en 2000, sur la liste du patrimoine mondial de l’Unesco. Des textes expliquent en détail la méthode d’extraction de ce silex.

Le bronze et le fer constituent des matériaux parfaits pour la fabrication de flèches, de vaisselle, etc. La transition des objets en pierre vers ceux en bronze a eu lieu dans nos régions à partir de 2000 avant J.-C. Un superbe élément de décoration en or, qui ornait jadis une coupe à boire exhumée d’une tombe celtique d’Eigenbilzen, datant de 400 avant J.-C., fait aussi partie des joyaux de la collection.

Une salle contiguë est consacrée aux spectaculaires trouvailles de la culture d’El Argar, florissante au 3e millénaire dans le sud de l’Espagne. Elle fut étudiée, au XIXe siècle, par deux ingénieurs belges, les frères Siret. On observera les diadèmes en argent, remarquables pour l’époque.

Outre l'apport de nombreux dons privés, les collections de Préhistoire du musée ont été constituées par les explorations et les fouilles des conservateurs qui se sont succédé dans la section d'Archéologie nationale. Au début du XXe siècle, cette section fut d'ailleurs à l'origine du Service des fouilles de l'État, devenu entre-temps une institution à part entière avant d'être régionalisé lors des dernières réformes constitutionnelles.