Dopo un´introduzione sull´evoluzione del territorio nel corso del Plio-Pleistocene – documentata da fossili marini e continentali tra cui la fauna villafranchiana di Tricolle e i recenti rinvenimenti del gruppo dei Macairodontini (le cosiddette “tigri dai denti a sciabola”) – è esposta la documentazione archeologica del Paleolitico all´età del Bronzo, tra cui sono da segnalare il singolare giacimento di Sammartina, un abitato mesolitico che ha restituito centinaia di strumenti e, per la media età del Bronzo iniziale, il villaggio presso il padule di Fucecchio.
L´ampio arco cronologico corrispondente all´età etrusca e romana è, al momento, quello meno documentato, potendo contare su scarsi materiali e notizie di vecchi rinvenimenti che documentano la presenza di piccoli abitati sparsi. In questo quadro, acquistano rilevanza, per l´età augustea, i dati epigrafici di Cappiano tra cui il titolo funerario di Tiberius Iulius Ianuarius, del I secolo d. C., e un´ara votiva in marmo.
Segue la descrizione della topografia della Salamarzana dei conti Cadolingi, dell´abbazia di San Salvatore, della casa del XII secolo, in un paesaggio circostante composto di abitati sparsi, anche in terra cruda, e da una rete stradale (il cui l´asse centrale è la via Francigena) servita dalle prime strutture ospedaliere.
La documentazione successiva descrive l´assetto del centro urbano in età comunale nelle sue strutture difensive e negli edifici signorili, e la circolazione di manufatti attraverso le documentazioni archeologiche tra il XIV e il XVIII secolo. Un rilievo particolare merita la produzione di ceramiche graffite che, dal XVI al XIX secolo, sostenne l’economia di Fucecchio. Una nuova sala è infine dedicata alla storia archeologica dell’Arno dall’Antichità al Medioevo attraverso un’ampia esemplificazione di anfore dal V secolo a.C. al V secolo d. C., il relitto di Empoli e resti dei meccanismi di mulini fluviali.