Zabytki Działu Sztuki Dawnej to zbiór liczący ponad 2200 obiektów, w skład którego wchodzą muzealia z zakresu rzeźby, malarstwa, grafiki oraz rzemiosła.

Do grupy szczególnie cennych obiektów należy rzeźba sakralna od XIV do początku XX wieku, związana z terenem Dolnego Śląska. Zespół pochodzi z dawnego Heimatmuseum oraz przekazów powojennych. Zbiór malarstwa obejmuje prace powstałe od XVI do początku XX stulecia. Jest wśród nich popularne na Śląsku malarstwo religijne i pejzażowe.

Z życiem i historią Zielonej Góry związane są wykonane w różnych technikach plastycznych portrety mieszczan z XIX i XX wieku oraz sztychy dotyczące ikonografii miasta. Ponad 250 obiektów liczy zbiór przedmiotów kultu prawosławnego, złożony z ikon, krzyży raspatijnych i plakiet wotywnych, pozyskanych w drodze przekazów i zakupów w ramach wieloletniej współpracy muzeum z placówkami celnymi. Największy zespół rzemiosła – około 400 obiektów – stanowi ceramika, datowana od XVIII wieku po lata 60. XX wieku, pochodząca często ze znanych i cenionych manufaktur europejskich.

Cenny ilościowo i jakościowo zbiór tworzy rzemiosło zegarmistrzowskie, reprezentowane między innymi przez zegary podłogowe, szafkowe, kominkowe, talerzowe, ludowe oraz dużą grupę czasomierzy kieszonkowych z XIX i XX wieku. Ważną pozycję w strukturze Działu Sztuki Dawnej zajmują wyroby złotnicze i konwisarskie. Wśród tych ostatnich na szczególną uwagę zasługują obiekty wchodzące w skład lad cechowych, stanowiące wyposażenie obiektów sakralnych czy elementy zastaw cynowych codziennego użytku. W dużym stopniu miejscowej proweniencji są wyroby kowalstwa, z różnego typu zamkami, zasuwami, kłódkami, kluczami czy wietrznikami.
Szybko rozwijającą się grupę muzealiów stanowią zabytki techniki, ukazujące przemiany w sferze mentalności i obyczajowości oraz wyznaczające etapy cywilizacyjnego rozwoju człowieka. Szczególne znaczenie mają obiekty związane z kulturą materialną miasta i regionu. Są wśród nich narzędzia rzemieślnicze reprezentujące warsztaty o nie istniejących już specjalnościach.