三楼的古代 辽宁 展，汇集了 辽宁 地区历年重要考古发现和遗存，分五个部分展示了辽河流域二十八万年来的历史和文化。
新时期时代，女神头像，出土于 凌源 市牛河梁遗址女神庙主室西侧，属于红山文化。头像用黄粘土掺草禾塑成，大小接近真人，面部磨光并涂朱，头顶有发髻或饰物，具有 蒙古 人种特征。尤其是双眼用玉石镶嵌，下唇贴蚌片代齿，更显神秘。
商代，饕餮纹大圆鼎， 喀左 县小波汰沟青铜器窖藏出土。此鼎重达百余斤，是国内出土最大的商代圆鼎之一，也是迄今为止发现的商王畿以外最大的铜鼎。
从1955年开始， 朝阳 市 喀左 县的多个地区出土了数批窖藏青铜器，据推测有可能是战国时期燕王喜和太子丹从大凌河败逃辽东时所埋。
西周，卷体夔纹蟠龙盖罍， 喀左 县小波汰沟青铜器窖藏出土。
十六国，花树状金步摇，出土于 北票 市将军山冯素弗墓，是一件女性的头戴饰品。据记载，冯素弗为十六国北燕国君冯跋之弟，这件文物曾经上过纪录片《如果国宝会说话》。
十六国，鸭形玻璃注。出土于冯素弗墓，是首批禁止出国（境）展览文物。材质属于当时 中国 尚不能生产钠钙玻璃，因此推测这件玻璃器可能是经由 丝绸之路 来到当地的。
