Das archäologische Museum erinnert an die griechische, thrakische und römische Vergangenheit des antiken Messembria (früherer Name von Nesebar). Gezeigt werden Stelen, z.B. die schöne Iulia-Stele, Anker, Bronzestücke und Tonkrüge. Mit der Marienikone von 1342 (halb bemalt, halb vergoldetes Relief) wird an das Mittelalter Bulgariens erinnert. Im Keller ist eine schöne Ikonensammlung mit Stücken aus dem 16. bis 19. Jh. ausgestellt. Zu den bedeutendsten Exponaten gehören eine Schützende Maria von Konstantin Zograf (1837), ein Heiliger Eleutherus von Dimitar Zograf (1781) und ein prächtiger Bischofsstuhl.