Presso gli spazi interrati del palazzo vescovile sono presenti un basamento di torre di difesa altomedievale a base quadrangolare (4 x 4 m) e un tratto di canalizzazione idraulica in trachite tardoantica. Accanto a queste due opere musealizzate in situ, sono raccolti anche alcuni frammenti architettonici di età romana in pietra d’Istria, pietra del Vicentino e trachite recuperati negli scavi condotti presso la torre altomedievale tra il 1946 e il 1953. Li affianca una grande vasca tardoantica in pietra berica rinvenuta durante la medesima campagna di scavo.
Presso la saletta dedicata a Ebron, luogo di culto cristiano e culla delle prime civiltà, sono esposti in una vetrina un mattone con sigillo in terracotta a stampo e un bacile da fuoco in terracotta lavorata al tornio del XII-X sec. a.C., rinvenuti a Ebron e donati al museo dal vescovo Pietro Nonis.

La prima sala al pianterreno raccoglie varie testimonianze della comparsa e dell’affermazione del culto cristiano a Vicenza e nel territorio circostante. Un pannello riporta la storia del municipium di Vicetia, sviluppatosi lungo la direttrice stradale della via Postumia e ampiamente monumentalizzato tra il I sec. a.C. e il I sec. d.C. Sotto il pannello sono esposti alcuni frammenti architettonici e strutturali romani rinvenuti nell’area del Vescovado tra il 1946 e il 1953: basoli di una pavimentazione stradale in trachite, un tratto di condotto idraulico sempre in trachite, frammenti di una cornice in pietra di Vicenza e parte di un fusto di colonna in marmo di Chio. La seconda parte della sala è dedicata ai reperti provenienti dagli scavi dell’area della Cattedrale, dove con ogni probabilità doveva sorgere la prima chiesa urbana, collocabile alla prima metà del V secolo. La presenza di un primitivo nucleo cristiano in quest’area sembra essere confermata dal ritrovamento di un pilastrino in pietra con kantharos e croce incisi, di resti pavimentazione in mosaico policromo geometrico e di alcuni tratti di strutture murarie. L’ultima parte della sala raccoglie testimonianze lapidee rinvenute nell’area funeraria extraurbana, a lato della via Postumia, connessa con la basilica dei SS. Felice e Fortunato. Di particolare interesse è il fianco destro di un sarcofago con l’adorazione dei Magi, datato al IV secolo, che rappresenta la prima attestazione iconografica cristiana vicentina. Dallo stesso contesto provengono un imponente sarcofago a cassa (V secolo), un altro frammento di sarcofago con monogramma di Cristo (V secolo) e un pluteo con kantharos tra due agnelli (VI secolo).