湖北省博物馆现有藏品24万余件（套），其中一级文物996件（套），“国宝”级文物16件（套），禁止出国（境）文物9件（套）。馆藏文物从旧石器时代到当代没有缺环，且形成了三大特色系列：
旧石器时代郧县人Ⅱ号头骨化石
一是以屈家岭、石家河文化遗物为代表的史前文化系列；
二是以盘龙城和楚国、曾国文物为代表的青铜文化系列；
三是以梁庄王墓、郢靖王墓、武当文物为代表的明代精品文物系列。
尤以商周青铜器、战国秦汉漆木器、楚秦汉简牍、先秦及明代藩王墓金玉器为甚。
可以说，湖北省博物馆藏品数量众多，体系完整，质量精湛，地域特色鲜明，在海内外享有盛誉。2020年，郧县人头骨化石、石家河玉人像、崇阳商代铜鼓、越王勾践剑、曾侯乙编钟、曾侯乙尊盘、虎座鸟架鼓、彩绘人物车马出行图、云梦睡虎地秦简、元青花四爱图梅瓶被评为十大“镇馆之宝”。
无论是藏品的三大系列，还是更具特色的文物类别乃至“十大镇馆之宝”均与考古发现关系密切，基本伴随着考古发掘的始终。
一、旧石器时代文物
湖北旧石器时代文化遗址200余处，先后发现8批次古人类牙齿或头骨化石，包括建始人、郧县人、梅铺人、郧西白龙洞人、长阳人、郧西黄龙洞人、果酒岩人、汉阳人等，自距今200万年至距今约5万年，是探索人类起源的重要地区。
湖北古人类化石最重要的发现莫过于3件“郧县人”头骨化石的出土。1989年、1990年于郧县学堂梁子遗址调查、发掘出2枚人类头骨化石，即郧县人Ⅰ、Ⅱ号头骨化石，伴出大量石制品和20多种哺乳动物化石。测定年代为距今约100万年。2022年又出土了目前保存最完整的“郧县人Ⅲ号头骨化石”。2004年，郧西黄龙洞经发掘出土了3枚古人类牙齿化石，以及部分骨角、石制品和较多哺乳动物化石，测年结果为距今10万年左右，是目前东亚发现最早的晚期智人。
1997年，在纱帽镇附近长江沙滩上被人拣回1枚头盖骨化石，被命名为“汉阳人”，属晚期智人，距今约5万至1万年。
湖北发现的部分古人类化石及伴生骨角、石制品和哺乳动物化石，还有其他旧石器时代遗址如大冶石龙头遗址出土的刮削器及石核、石片，房县樟脑洞遗址出土的尖状器、石核等，鸡公山遗址出土的尖状器、砍砸器、凹缺刮削器、刮削器等，构成了湖北省博物馆基本陈列“郧县人——长江中游远古人类”的主要展品。
二、新石器时代文物
新石器时代考古发现是湖北地区考古工作的一个重点，先后发掘文化遗存1000余处，涵盖新石器时代早、中、晚期，以中晚期为主。
湖北最早的新石器时代遗存为距今1万年左右的长阳桅杆坪遗址。之后自距今约7500年开始，呈现出四个区域文化的多元发展。
东门头遗址新石器时代“太阳人”石刻
鄂西南地区发展脉络为城背溪文化、柳林溪文化、大溪文化前后相继。城背溪文化命名的城背溪遗址及附近的枝城北遗址1985～1986年发掘了丰富遗存，出土了众多代表性陶器如红陶釜、罐、支座、器座等，以及少量石、骨器，而最重要的1件文物则是秭归东门头遗址出土的“太阳人”石刻；柳林溪文化因之得名的秭归柳林溪遗址陶器组合上继承了城背溪文化，但支座上出现繁缛装饰，也出现了彩陶，还发现了大量刻画符号，其中1件圆雕石人像较重要；大溪文化分布范围进一步扩大，在峡江、江汉平原西部发掘了部分遗址，出土红陶碗、碟、罐，灰陶鼎、豆、盂形器，彩陶瓶、罐等典型陶器和少量石斧等。
柳林溪遗址新石器时代圆雕石人像
鄂西北地区是史前黄河、长江流域交通咽喉之地，黄河流域的老官台文化、后岗一期文化和仰韶文化半坡类型、庙底沟类型先后南下，到朱家台文化才实现文化的本土化发展。但该区文化遗存发现数量有限。
鄂东南地区地处长江中、下游接壤地带，受长江下游影响，先后形成了黄鳝嘴、薛家岗文化，代表性遗址分别为黄梅塞墩遗址和黄冈螺蛳山、武穴鼓山、黄梅陆墩遗址等。但其在湖北分布范围不大，发掘遗存数量也少，仅武穴鼓山遗址出土少量石、玉、陶器。
距今6800年前后，江汉平原地区开始形成独特的文化体系，历边畈文化、油子岭文化，边畈文化仅1处边畈遗址。油子岭文化遗址数量不多，分布范围主要集中在江汉平原东部，典型陶器有罐形鼎、附耳圈足盘、折沿圈足罐、彩陶碗、簋形豆、簋等，屈家岭、龙嘴遗址出土典型遗物。其影响范围到达了江汉平原西部和鄂北、鄂东地区，如鄂东的黄冈螺蛳山、武穴鼓山、麻城金罗家遗址等。
距今5500年左右，上述四个文化系统开始整合。脱胎于油子岭文化的屈家岭文化迅速崛起，并广泛分布于长江中游地区，调查发现文化遗址数百处，其因首先发现于京山屈家岭遗址得名。典型陶器以双腹鼎、豆、碗与敞口杯、壶、高领罐、高圈足杯、缸、盆等为基本组合，以红陶杯、彩陶壶、双腹器为特色。其发展的重要成就是出现了数量较多的城址，已达20余处，大部分集中在湖北，经发掘的除石家河古城外，还有天门龙嘴、应城门板湾、孝感叶家庙、石首走马岭、沙洋城河等，出土了较多典型陶器。其他还有诸如宜城顾家坡遗址的石钺和陶鼎、簋、碗等完整组合，武昌放鹰台、随州金鸡岭的陶器组合双腹鼎、碗、豆与簋、杯，等等。而在鄂东南地区，黄梅焦墩遗址出土的卵石摆塑龙也很有特色。
三房湾遗址新石器时代陶铃
湖北发掘的石家河文化遗址数量多，出土遗物丰富。仅石家河遗址就出土了大量代表性陶器如各种形制的鼎、罐和碗、盆、豆、瓮、套缸、筒形器、擂钵、盉及铃、小动物，部分石质工具，少量玉人像、小动物、饰品等；其他各地不少石家河文化遗址如房县七里河、郧县青龙泉遗址的不同风格器物也不少。
屈家岭、石家河文化遗存出土的陶、石、玉器，构成了湖北省博物馆馆藏特色文物的史前文化系列。
依托上述新石器时代遗存出土文物，湖北省博物馆制作了基本陈列“屈家岭——长江中游的史前文明”。
三、夏商文物
距今4000年前后，以肖家屋脊文化为代表的江汉地区开始融入中原文明，至二里头文化时期，夏文化在南方的影响力进一步扩大，这也是湖北乃至整个南方地区纳入统一的中国历史文化体系的开始。代夏之后，商人以盘龙城等为据点，加强了对长江以南地区的控制。
肖家屋脊文化分布范围与石家河文化基本相同，但遗存数量大大减少。经发掘的重要遗址点有石家河遗址群的肖家屋脊、罗家柏岭、谭家岭，另有石板巷子、白庙、乱石滩遗址等。其特征性器类有三角形侧装足釜形鼎、广肩矮领瓮、细柄带箍豆、大圈足盘、深腹盆等。陶塑品丰富，包括人偶和兽禽动物两大类，不仅种类繁多，而且制作精致、形态逼真。同时，肖家屋脊文化阶段玉器特别发达，相继在罗家柏岭、肖家屋脊、谭家岭等多个遗址发现，多见于瓮棺葬，数量多，整体较小，特征鲜明，主要有璜、玦、虎、鸟、鹿、蝉、人面像等。部分出土文物成为湖北省博物馆馆藏并纳入“屈家岭——长江中游的史前文明”基本陈列中。
二里头文化典型遗存在湖北的分布相对集中于鄂北地区，如郧县辽瓦店子、大悟李家湾、黄陂盘龙城等；江汉平原的江陵荆南寺、钟祥乱葬岗遗址也出土相对典型的陶按窝足盆形鼎、鬲、大口尊、花边口深腹罐等，但该类遗存较少；峡江、鄂东地区分别有“朝天嘴类型”遗存、“大路铺文化”遗存等。湖北省博物馆收藏的该时期文物，主要来自盘龙城遗址，也有少量来自峡江地区遗址和鄂东南的大路铺遗址等。
盘龙城遗址商代玉戈
湖北商代遗存呈点状分布，除中原商文化外，还分别形成了多个地域文化如鄂东南的“大路铺文化”、江汉平原西部的“荆南寺文化”“周梁玉桥文化”，峡江地区的“香炉石文化”等，最为重要的盘龙城遗址文化遗存分布在李家嘴、杨家湾、杨家嘴、小嘴、楼子湾等多个地点，发现了面积达2.5平方千米的城址，时代相当于中原商文化的二里岗时期，城内外有宫殿区、作坊区、居民区、墓葬区、祭祀区、卵石堆积区等，包括三座大型宫殿建筑基址和多座高等级贵族墓葬。历次发掘出土了众多铜、玉、陶、骨器等，确认盘龙城是商王朝在南方的中心。新世纪前出土文物尤其是高等级墓葬出土的青铜容器、兵器、生产工具和面具等，成为湖北省博物馆青铜文物系列之商代青铜文物核心，还有商代最大的玉戈等玉器和众多陶器、少量硬陶器、石器等。据此布设了基本陈列“盘龙城——长江中游的青铜文明”。
四、周代文物
西周建立后，湖北成为多个诸侯国分封地，且南蛮、百濮、百越等民族共处其间。考古发现了曾、鄂、邓、楚、长子国与巴、越族考古遗存。
战国早期曾侯乙编钟
此外，京山苏家垄首次发现的97件青铜器和叶家山墓地的5座墓葬随葬器物、郭家庙墓地极少量青铜器等成为馆藏，为三期新馆基本陈列“曾世家——考古揭秘的曾国”奠定了基础。
包山二号墓战国彩绘人物车马出行图漆奁
楚文化考古工作是湖北考古的另一个重点，也是目前开展考古工作最多的。可确认的早期楚文化遗存中，宜昌万福垴遗址因施工挖出“楚季宝钟”等重要青铜器，时代为西周中期前后。之后发掘的多个遗迹单位出土了大量陶器和少量铜器，时代为西周晚期至春秋中期。鄂西北则发掘了部分“真武山类遗存”。
自春秋中期始，楚文化遗存遍布全省，遗址按等级分为都城、陪都、县城或封邑（地方中心城邑）、一般性城邑和普通聚落等，已发掘的各等级城邑均有。最大规模者为战国早中文物期楚都纪南城，先后多次在城内外组织发掘，城内保存大量灰坑、冶铸遗址、建筑遗迹，发现400余口水井、成排窑址、84座夯土台基等。历年出土的陶、铜、铁器等各类遗物数以万计，以建筑材料和生活用具居多。城址周围曾发现“郢爯”金版、蚁鼻钱等楚国货币和1套25件彩绘石编磬。
而湖北已发现楚墓地上千处，发掘楚墓万余座，按墓主身份分为楚王、封君、上大夫、下大夫及士、平民等。楚王陵园仅发掘了荆州熊家冢陪葬墓和车马坑；封君墓为荆州天星观一号墓，墓主为楚国邸阳君番乘力；上大夫级墓葬分别发掘有荆州天星观二号墓（邸阳君番乘力夫人），荆门包山二号墓（楚国左尹邵它力），严仓一号墓（楚国大司马悼滑）及祔葬车马坑，枣阳九连墩一、二号楚墓及祔葬车马坑；下大夫和上士一级贵族墓葬发现较多，如荆州望山一号墓，老河口安岗一、二号墓、郭店一号墓等。这些墓葬时代均为战国中期前后，出土多类随葬器物。
望山一号墓春秋“越王勾践剑”
楚墓随葬品较为丰富，等级越高，随葬器物的数量、种类越多。随葬品主要有铜、漆、陶、玉器和丝织品等，同时还有大量简牍。其中，万福垴遗址有代表性的一组西周晚期陶容器，如鬲、甗、豆、罐、簋、觯、罍、盉，纪南城城址出土的25件彩绘石编磬及陶质建筑材料、生活用器、模、范等为湖北省博物馆收藏。九连墩楚墓出土组合完整的全部随葬品，包山二号墓、望山一号墓、安岗一号墓、陈坡十号墓、郭店一号墓等重要楚墓和雨台山、九店、赵家湖、山湾等诸多楚墓地的部分或少量随葬品，包括“车马出行图”漆奁及“越王勾践剑”、“邓公乘”鼎、“吴王夫差”矛、“吴王夫差”剑等众多铭文青铜器，还有彩漆木雕小座屏、包山楚墓司法文书竹简等各类精美文物，构建了湖北省博物馆最有特色、也最重要的楚文物系列藏品，集中体现在青铜器、漆器、简牍三大类文物上。主要在基本陈列“楚国八百年”“越王勾践剑特展”中展出。
除曾、楚文物外，在襄阳邓城附近发掘了王坡、擂鼓台等西周晚期至春秋早期邓国墓地，王坡墓地M1出土的“邓公孙无忌”铜鼎、戈，M55出土的完整组合铜容器弥补了湖北省博物馆邓国文物收藏空白。鄂东南“大路铺文化”，鄂西南“香炉石文化”、巴文化部分遗存出土的少量陶、铜器也成为湖北周代考古地域特色馆藏文物的有效补充。
铜绿山遗址春秋铜斧
矿冶考古也是湖北考古一大特色，1973年以来多次发掘了最重要的大冶铜绿山遗址，清理出各种矿井和冶炼场、炼炉等，出土了较多采矿、选矿、冶炼等工具和矿石、炼渣、炉壁等；并发掘了一处矿工与管理者墓地，仅少量墓葬出土铜、陶、玉器及矿石等。该遗址从商代至汉代连续使用，主要为两周时期。从遗址搬迁的炼炉和出土的东周最大青铜斧等铜、木采矿工具，部分孔雀石、炼渣，以及少量陶鼎、罐等生活用器也成为另一类馆藏。
五、秦汉文物
公元前278年，秦将白起拔郢后，湖北地区大致以秦安陆县（今云梦）为界，东部属楚国，西部属秦国，直至前223年秦灭楚后湖北全境纳入秦统治，秦设郡县管理湖北地区，汉代基本因袭。
秦汉文化遗存主要集中于秦汉郡县的中心及周边地区，且往往战国晚期至西汉早期遗存共存，包括南郡郡治的荆州郢城城址、邓县县治的襄阳邓城城址、鄢县县治的宜城楚皇城城址、安陆县治的云梦楚王城城址、鄂东南中心的赤壁土城西汉城址及其周边等。有的解剖了城墙，有的在城内进行了发掘，均出土了大量砖、筒瓦、板瓦、瓦当等建筑材料，丰富的陶钵、罐、盆、瓮等生活用器和纺轮、饼、网坠等陶质生产工具，以及少量石、铁、铜器等。
睡虎地墓地秦家书木牍
这些城址周边都有较多墓地存在，如郢城城址周边60多处秦汉墓地清理同时期墓葬4000余座；楚王城城址外围墓地包括睡虎地、龙岗、大坟头、郑家湖等近10处，共发掘中小型秦汉墓400余座。这两处重要秦汉墓葬群出土随葬器物有陶、铜、漆木、玉石玛瑙水晶器和丝织品等，还有十余批简牍。漆器和简牍为其特色和重点。漆器种类多，纹样丰富，装饰精美；简牍内容丰富，重要的是法律简等。进入湖北省博物馆较多的文物，是楚王城城址外围多个墓地的漆器、简牍。这些漆器和简牍成为湖北省博物馆二期新馆基本陈列“秦汉漆器——长江中游的髹漆艺术”和“书写历史——战国秦汉简牍”展的基础。
而郢城城址周边墓地仅少量墓葬如毛家园一号墓，其他城址周边除极少量如老河口五座坟汉墓等出土文物进入湖北省博物馆外，主要成为当地博物馆的收藏。
六、三国两晋南北朝
隋唐五代文物三国两晋南北朝时期，湖北地区大部分时段处于分裂状态，隋唐时期属于统一王朝。
该时段考古的重要发现是武昌城即鄂州吴王城城址、荆州城城址的发现与发掘，以及吴王城城址外围大量三国至隋唐墓葬的清理发掘，还有襄阳三国刘表墓、樊城菜越三国墓，宜昌一中三国墓，襄阳城周边多座南朝大型画像砖墓，武昌区三国至隋唐墓的发掘，等等。
武昌钵盂山三国青瓷剖鱼俑
这一时期考古构建湖北省博物馆文物藏品的发现有两个集中区域，一个是吴王城城址外围即鄂州西山等地，这里集中清理墓葬500余座，以三国至南北朝时期居多；一个是现武昌区东部，包括任家山、河坡山、莲溪寺、钵盂山、马房山等处，共清理墓葬400余座，以隋唐时期为主。均出土了大量青瓷、陶器和少量铜、铁、玉、漆、金银器等，常见陶、瓷器有鸡首壶、盘口壶、布纹罐、碗、灯、熏、尊、耳杯、盘、唾壶、虎子、多足砚、各种俑、家禽畜圈和仓厨明器，以及铜镜、石黛板、铅地券和大量钱币等，多个墓葬出土纪年墓砖或其他纪年物。其他墓葬有宜昌一中、前坪等墓地出土青瓷器等。湖北省博物馆据此制作了基本陈列“土与火的艺术——古代瓷器专题展”。
郧阳李泰墓唐白瓷镂空圈足砚
另一个重要发现是郧阳唐太宗次子李泰家族墓地的发掘，包括李泰墓、李泰妃阎婉墓、长子李欣墓、李泰次子李徽墓。虽均被盗，仍出土铜、铁、陶、三彩、瓷器及墓志等众多文物。
七、宋元明清文物
湖北宋代考古以墓葬为主，散见于全省各地，同一墓地的宋代墓葬数量也不多。均为中小型墓，有土坑墓、石室墓、砖室墓、碗室墓、洞室墓、砖石混筑墓等多种结构，大多为单室，少量为双室或多室。有的砖室砌有小龛。有的设有棺床，木棺绝大多数腐烂，极少量有棺板，也发现一些铁质棺钉，个别有石椁。随葬器物有陶、瓷、铜、铁、漆木、石器等，陶、瓷器居多，陶器有生活用器、建筑材料、俑等，瓷器主要为日用器，也有少量俑等葬仪品，铜器有镜、簪、钗、钱币等，铁、石器一般为工具，漆木器有奁、圆盒等，还有少量的陶买地券，石、陶质墓志及金银饰品等。
宋元时期瓷窑址集中于梁子湖周边，发现了上百座。江夏湖泗瓷窑址群面积约30平方千米，有窑堆85座，经发掘的青山窑址、浮山窑址、王麻窑址均为龙窑，出土有青、白瓷碗、壶、盘、盏及多种窑具。江夏斧头湖窑址群面积约20平方千米，曾发现60座窑堆、66条龙窑，出土瓷器质地一般有青瓷、白瓷、青白瓷，釉色有绿、青、黄、黄褐、黑等，器形有带流罐、橄榄形罐、平底碗、矮圈足碗、注子、缸形器等，窑具有筒形匣钵和带乳钉的支圈。时代为五代至明初，集中在宋元时期。
多地发现过宋代银锭、铜钱窖藏。如黄石西塞山铜钱窖藏中，最早者为西汉“半两”钱，最晚为南宋“淳祐元宝”钱。
梁庄王墓明『西洋等处买到』金锭
进入湖北省博物馆的宋元文物主要为瓷器，一般来自武汉及黄冈、鄂州等鄂东地区宋元遗存。
郢靖王墓元青花四爱图梅瓶
其他还有明郢靖王墓出土的元青花四爱图梅瓶、龙纹瓶，及楚王室少量墓葬出土的青花瓷器等，纳入了“瓷器专题展”。他们共同构成了湖北省博物馆第三大馆藏文物系列之明代出土精品文物系列。
明清时期其他重要考古发现有恩施容美土司、咸丰唐崖土司遗址，鹤峰汉阳桥等“万里茶道”遗址和武当山遇真宫、回龙观、五龙宫遗址等，大部分资料尚在整理中，有的已为当地文博机构所收藏。
总的来说，湖北诸多重要考古发现的出土文物，构建了湖北省博物馆特色藏品体系，既基本没有断代，也突出了重点，还体现了不同时代文化的地域特征，为湖北省博物馆的基本陈列、各种临时展览提供了展品保证。
春秋“楚王媵随仲嬭加鼎”
除考古发掘外，湖北省博物馆还有三分之二的藏品来自其他途径。
三是故宫博物院调拨清代文物633件；
四是私人捐赠，如江夏大收藏家徐行可先生捐赠古代字画、碑帖、印章等历史文物资料5793件，杨守敬后人捐赠木刻地图板38种计2639块，近现代革命家后人捐赠的大量革命文物等；
五是有偿征集，如1971年通过省民主人士学习班酌价收购的文物1265件，近年来有偿征集的“楚王媵随仲嬭加鼎”、日本瓷器等；