El grueso de la colección de arqueología está compuesto por piezas procedentes de campañas de prospección y excavación de yacimientos subacuáticos. Destacan por su volumen y excepcional interés las piezas procedentes del pecio de la nao "San Diego", hundido en 1600 frente a la isla de Fortuna, Filipinas. Esta colección, de la que una parte es depósito de la Comunidad de Madrid, está formada por numerosas piezas, entre las que destacan el conjunto de tinajas chinas, las jarras de Siam, la loza filipina o las porcelanas de los hornos de Jingdezhen (China). Así mismo, el Museo Naval cuenta con piezas de otras épocas, como un cepo de ancla y unas ánforas romanas.