Nuo 1979 m. Kernavėje kasmet vyksta archeologiniai tyrinėjimai. Šių tyrinėjimų medžiaga – muziejaus ekspozicijos pagrindas. Čia atskleidžiama istorinė Kernavės praeitis nuo proistorės laikų iki XVIII a. pradžios.
Ekspozicija prasideda proistorės laikotarpio (nuo IX–VIII tūkst. pr. Kristų iki Valstybės susiformavimo) pristatymu.
Pagrindinė ekspozicijos dalis skirta senajam XII–XIV a. Kernavės miestui, sunykusiam XIV a. pabaigoje, po galingo kryžiuočių antpuolio. Šiandien miesto liekanas dengia beveik 1 metro sąnašų sluoksnis, po kuriuo išliko pastatų fragmentai, gausūs ir įvairūs amatininkų dirbiniai. Ekspozicijoje pateikiama nemažai importo gaminių, pasakojančių apie plačius to meto Kernavės prekybinius ryšius.
XV–XVIII a. ir XIX–XX a. pr. ekspozicija supažindina su vėlyvojo periodo Kernavės istorija, kai Kernavė prarado ankstesnę politinę, strateginę ir ekonominę reikšmę ir tapo eiliniu provincijos miesteliu. Plačiau.