Η Αρχαιολογική Συλλογή του Πυθαγορείου στεγάζεται στο ισόγειο του δημαρχιακού καταστήματος, ενός κτιρίου που κτίστηκε στις αρχές του αιώνα, μετά την απελευθέρωση της νήσου. Το κτίριο επισκευάσθηκε μετά το Β΄ Παγκόσμιο Πόλεμο γιατί είχε υποστεί εκτεταμένες ζημιές λόγω του πολέμου και κατά την δεκαετία του 1990 έγιναν αρκετές σωστικές επεμβάσεις στην ανατολική όψη του.

Ανάμεσα στα εκθέματα τα σημαντικότερα είναι το μαρμάρινο καθιστό άγαλμα του Αιάκη που όπως αναφέρεται στην επιγραφή του αφιερώθηκε στην Ήρα από τον Αιάκη, τον πατέρα του Πολυκράτη από τα κέρδη που είχε αποκομίσει από την πειρατεία (βρέθηκε στο Πυθαγόρειο και χρονολογείται γύρω στα 540 π.χ.), μια μαρμάρινη μνημειακή σαρκοφάγος μεγάλου μεγέθους που αναπαριστά ναόσχημο οικοδόμημα (δεύτερο μισό του 6ου π.χ αιώνα), μια μικρή πώρινη επιτύμβια στήλη με επιγραφή (γύρω στο 530 π.χ.), μια μαρμάρινη επιτύμβια στήλη με ανθεμωτή επίστεψη (βρέθηκε στην Χώρα και χρονολογείται γύρω στις αρχές του 5ου π.χ. αιώνα), το υπερφυσικού μεγέθους μαρμάρινο άγαλμα του αυτοκράτορα Τραϊανού με ύψος πάνω από 2 μέτρα και 70 εκατοστά, το μαρμάρινο πορτρέτο του αυτοκράτορα Αυγούστου (ύψος μισό μέτρο), το μαρμάρινο πορτρέτο του αυτοκράτορα Κλαυδίου (ύψος 53 εκατοστά) και άλλα.