Colecţia de antichităţi romane a muzeului a fost constituită iniţial din piesele descoperite pe întreg perimetrul oraşului, începând cu mijlocul secolului al XIX-lea. Abundenţa şi varietatea acestora se explică tocmai prin faptul că în perioada stăpânirii romane a Daciei aici au existat două aşezări civile şi un castru, Apulum fiind, după capitala de la Ulpia Traiana Sarmizegetusa, al doilea centru important al provinciei,.

În primul rând se remarcă o serie de portrete din calcar sau marmură, lucrate cu pricepere, înfăţişând divinităţi sau personaje importante din administraţia romană a oraşului.

În ceea ce priveşte ceramica şi sculptura monumentală, multe dintre piesele existente în colecţia de antichităţi a muzeului sunt extrem de cunoscute prin originalitatea şi măiestria execuţiei, fiind prezentate în cadrul mai multor manifestări internaţionale. Sunt de amintit în acest context colecţia de ceramică glazurată provenind de la Zlatna, probabil chiar din atelierul lui Gaius Iulius Proculus(inus ?) atestat prin alte descoperiri din zonă, sau statuile monumentale ale unor ofiţeri de , legiune, purtând fie ţinuta de paradă (platoşa fixă cu lambrechinuri) fie pe cea de campanie (tunica şi pelerina).

La acestea se adaugă un relief cu lupoaica alăptându-i pe Romulus şi Remus, evocând limpede legenda întemeierii Romei, precum şi diferite inscripţii monumentale ce menţionează ridicarea sau refacerea unor edificii publice.

Muzeul prezintă şi o bogată colecţie de bronzuri romane înfăţişând diferite divinităţi, unele dintre ele, cum ar fi Diana Luna, de pildă, într-o variantă iconografică extrem de puţin răspândită în Dacia.

Altele, cum ar fi statuetele lui Mercur, evocă o tipologie relativ comună însă dovedesc o execuţie stilistică desăvârşită.

Dintre obiectele de folosinţă cotidiană sunt de amintit apoi opaiţele, multe dintre ele mărfuri de import, purtând chiar ştampila cu numele atelierului de provenienţă. Cercetările arheologice de dată mai recentă au scos la iveală piese de o excepţională valoare, între acestea remarcându-se statuetele votive din marmură ale lui Liber Pater, opera unor meşteri artizani din Asia Mică. Canonul de reprezentare, de clară influenţă elenistică, a fost pentru mulţi dintre aceştia o veritabilă piatră de încercare pentru arta pe care o slujeau.

În acelaşi context al reprezentărilor votive sunt de amintit şi reliefurile din marmură sau piatră cu Mithras, Apollo, Cavalerul trac, Neptun, acesta din urmă cu urme de pictură vizibile încă, Pan, Genius Nautarum sau Cybele.

În sfârşit, arta funerară romană este bine ilustrată prin alte câteva piese de referinţă. Între acestea se numără complexul funerar, alcătuit din două sarcofage, unul de cărămidă, tencuit la exterior şi pictat, celălalt din piatră, stellae, lei şi conuri de pin, toate alcătuind o prezenţă firească legată de credinţele în viaţa de apoi.