Die Präsentation der Geschichte des Kelheimer Raumes erfolgt in acht Inseln einer Vitrinenlandschaft. Originalfunde werden durch Pläne der Ausgrabungsbefunde, grafische Rekonstruktionen und durch Modelle ergänzt. Illustrationen verdeutlichen, wie unsere Vorfahren vor 80 000 Jahren auf Mammutjagd gingen, vor 20 000 Jahren Werkzeuge fertigten oder vor 3500 Jahren Bronze gossen. Die Rekonstruktion einer Grabkammer aus Riedenburg-Haidhof weist auf die Totenbräuche vor 2600 Jahren hin. Modelle der ersten Häuser der Menschen und der gewaltigen Stadtanlage des keltischen Oppidums Alkimoennis auf dem Michelsberg, sowie der Vorgängerstadt von Kelheim zur Zeit Karls des Großen, schildern die allmähliche Entwicklung bis hin zur Stadt Kelheim.
Die Stadtgeschichte steht unter dem Thema „Kelheim - Stadt im Fluss“. Im 13. Jahrhundert von den Wittelsbachern direkt in das Hochwassergebiet hineingebaut, bestimmte die Lage zwischen Donau und Altmühl das Leben der Stadt und ihrer Bewohner. Die stadtgeschichtliche Abteilung zeigt außerdem, wo und wovon die Kelheimer lebten, welche Handwerke sie ausübten und was sie bis ins 19. Jahrhundert exportierten.
Im idyllischen Hof des spätgotischen Herzogkastens, der für die Abgaben des Zehents im 15. Jahrhundert erbaut wurde, sind unter anderem 13 Meter Originalreste der ursprünglich 10 Kilometer langen Keltenmauer des Oppidum Alkimoennis aufgebaut sowie eine Rekonstruktion ihrer ursprünglichen Höhe.
1983 erhielt das Archäologische Museum der Stadt Kelheim als einziges deutsches Museum vom Europarat den Museums-Sonderpreis 1982. In der Begründung wurden die Originalität des Konzeptes und die Lebendigkeit der Darbietung hervorgehoben. Ständig wechselnde Sonderausstellungen steigern zusätzlich die Attraktivität des Museums.
