Постійна експозиція «Мистецтво Стародавнього світу» розміщена у двох залах першого поверху особняка фундаторів музею - Богдана та Варвари Ханенків, і нараховує понад 70 вибраних художніх пам'яток Давнього Єгипту, Греції, Етрурії та Риму.

Зал мистецтва Давнього Єгипту, Греції та Південної Італії

Рідкісні для музеїв України твори мистецтва Єгипту (4 тис. до н.е. - 1 тис. н.е.) становлять окремий розділ експозиції. У залі представлені давньоєгипетська скульптура, предмети поховального культу (маска на мумію, ушебті, канопа) та ін.

Художню культуру Давньої Греції репрезентують перлини колекції вишуканих розписних ваз (2 тис. до н.е. - 2 ст. до н.е.), серед яких є унікальні твори, і знамениті «танагри» - витончені теракотові статуетки 4-3 ст. до н.е., що зображають грецьких красунь у традиційних вбраннях.

Крім давньогрецьких пам'яток, у залі експонуються художні вироби античних центрів Південної Італії - розписні та фігурні вази 4 ст. до н.е., що відрізняються від тогочасних грецьких більшою декоративністю і характерною примхливою орнаментикою.

Зал мистецтва Етрурії, Південної Італії та Риму

Яскрава, багато в чому ще й досі загадкова культура Етрурії (стародавня назва однієї з областей Італії, що частково співпадала з сучасною Тосканою) представлена цінними пам'ятками 6-3 ст. до н.е. - рельєфом зі сценою оплакування, архітектурними і вотивними (призначеними у дар богам) теракотами.

Унікальними для музейних зібрань України є парні теракотові статуї плакальниць 3 ст. до н.е. з давньоіталійського міста Канусію (сучасна Каноза в Південній Італії). Подібні статуї зберігаються лише у кількох музеях світу. 

Мистецтво Риму представлене шедеврами зібрання - прекрасними мармуровими портретами молодої римлянки та юнака 2 ст. н.е., а також вибраними предметами з музейної колекції античного скла, серед яких - вишукані флакони для парфумів, келихи та інші скляні посудини, виготовлені понад 1700 років тому.