La sculpture romaine est remarquablement représentée dans ce musée installé dans l'ancien collège Saint-Raymond, construit en 1523 puis restauré par Viollet-le-Duc et, aujourd'hui superbement restitué. Nombreux objets provenant de l'antique Tolosa et statuaire de la villa de Chiragan de Martres-Tolosane. Le sous-sol met en valeur les découvertes effectuées lors de la rénovation de l'édifice (four à chaux) et présente une belle collection de sarcophages paléochrétiens provenant de Saint-Sernin.