Una suggestione delle ricche testimonianze preistoriche della Valle d'Aosta è rappresentata dalle stele antropomorfe rinvenute nell'area megalitica di Saint-Martin-de-Corléans. La loro distribuzione è delimitata ad oriente dall'alto corso del Tigri, si concentra sulle coste settentrionali e occidentali del Mar Nero e nella parte centro-occidentale della Sardegna; un gruppo considerevole è localizzato in Lunigiana. Nell'arco alpino, oltre all'area di Saint-Martin, sono noti i ritrovamenti di Sion (Vallese) coevi e quasi identici a quelli aostani.

I reperti esposti nella sala comprendono un lungo arco cronologico che va dal Mesolitico, coi quarzi, all'Eneolitico o Età del Rame (3000-2800 a.C.) con scalpelli e accette in roccia verde, bracciali di conchiglia, macine per cereali, all'Età del Bronzo tarda e finale (XIII-XII sec. a.C.) con una spada in bronzo e la cuspide di una lancia, oltre a vari strumenti legati alle attività agricole.
La prima e seconda Età del Ferro (VIII-VII sec. a.C./I sec. a.C.) sono documentate da corredi personali come fibule, armille, anelli da caviglia e da una ricca collezione di manufatti ceramici.
Una scenografia ricostruisce un modello di capanna dell'età del Rame.
Durante i laboratori didattici organizzati per le scuole gli alunni si possono cimentare nell'arte della pittura rupestre nella grotta artificiale costruita appositamente nei vani interrati del museo.