Srednjovjekovna zbirka obuhvaća raznovrsne arheološke nalaze kao svjedoke povijesnog kontinuiteta i raznolikih kulturnih utjecaja na poluotoku. U zbirci se nalaze starokršćanski kameni spomenici (oltarne ograde, sarkofazi, ciboriji, amboni, mozaici, kapiteli), nakit, dijelovi nošnje i uporabni predmeti od metala, keramike, kosti i stakla.
U doba Austro-Ugarske istraživane su ranokršćanske i ranosrednjovjekovne crkve u Puli (sv. Ivan od Nimfeja, sv. Felicita, sv. Katarina), u Nezakciju i kod Galižane (sv. Pelegrin, Sv. Zeno, sv. Lucija). Pronađeni su iznimno vrijedni ranokršćanski relikvijari u crkvama sv. Tome i sv. Hermagore (danas u Beču i Veneciji). Između dva svjetska rata u lapidariju tadašnjeg muzeja bili su postavljeni podni mozaici i spomenici ranokršćanskog i srednjovjekovnog sakralnog inventara s područja rane pulske biskupije.
Nakon Drugog svjetskog rata uspostavljen je Srednjovjekovni odjel AMI-ja. U samostanu sv. Franje u Puli bio je postavljen lapidarij s predromaničkim i romaničkim spomenicima iz tzv. vodnjanskog lapidarija i drugih crkava južne Istre. Posebna pažnja posvećena je istraživanju crkava, poput crkve sv. Sofije u Dvigradu, Vele Gospe kod Bala, crkve sv. Mihovila kod Vodnjana i crkve sv. Andrije kod Betige. Nalazi s novih terenskih iskopavanja kasnoantičkih grobova (Škicini, Betegenica, Frančini) i crkava (sv. Elizej, sv. Nikola), kaštela (Gočan, Kočur, Sipar) te staroslavenskih i starohrvatskih groblja (kod Novigrada, Motovuna, Ferenci, Buzeta, Žminja, Buja) pružili su dodatne uvide u razdoblje ranobizantske i franačke vlasti u Istri. Tako je omogućena sustavna prezentacija ranosrednjovjekovnog razdoblja u stalnom postavu muzeja iz 1973. Obavljeni su terenski istraživački i konzervatorski zahvati za prezentaciju ostataka crkava u Nezakciju, Betigi, Valbandonu, Ližnjanu i bazilike sv. Marije Formoze.