Η Αρχαιολογική Συλλογή της Παλαιόπολης, ιδρύθηκε το 2003. Βρίσκεται στον ομώνυμο οικισμό και στεγάζεται σ’ ένα νεόκτιστο κτίριο, χορηγία του Ιδρύματος Γουλανδρή. Το μουσείο είναι αφιερωμένο στις αρχαιότητες της Παλαιόπολης, με ιδιαίτερη έμφαση στην κλασική πόλη, που αποτέλεσε για δώδεκα αιώνες (6ος π.Χ. αιώνας – 6ο μ.Χ. αιώνα) την πρωτεύουσα του νησιού.
Στις συλλογές του θα δείτε ευρήματα που χρονολογούνται από τη 5η π.Χ. χιλιετία έως τον 6ο μ.Χ. Στα ποικίλα εκθέματα του μουσείου περιλαμβάνονται αγγεία, εργαλεία, κοσμήματα, ειδώλια, αγαλματίδια, νομίσματα κ.α.
Ιδιαίτερη εντύπωση προκαλεί το μαρμάρινο γλυπτό που αναπαριστά το μυθικό φτερωτό άλογο Πήγασο με τον αναβάτη του, τον Βελλερεφόντη. Αποτελούσε το ακρωτήριο κάποιου ναού και χρονολογείται στα τέλη του 6ου με αρχές του 5ου αιώνα π.Χ. Επίσης, ξεχωρίζει το μαρμάρινο λιοντάρι σε φυσικό μέγεθος, το οποίο βρέθηκε στο νεκροταφείο της Παλαιόπολης και είναι επιτύμβιο γλυπτό.