تُعد مجموعة آثار "موقع مكتبة الإسكندرية" من أبرز وأهم المجموعات التي يضمها متحف الآثار؛ فهي تعكس المستوى الفني المتميز وطبيعة الحياة اليومية للعصر الهلِّينيستي، والروماني، والمسيحي. كما تعد نواة المجموعات التي أُلحقت به بعد ذلك من مختلف المتاحف المصرية، إذ إنه عُثر عليها أثناء دق أساسات مبنى المكتبة الحالي. ويضم هذا القسم مائة وإحدى عشرة قطعة أثرية يأتي على رأسها أرضيات الفسيفساء بالغة الجمال التي تؤرخ للعصر الهلِّينيستي، والتي يُعتتقد أنها كانت تُغطي أرضيات القصور الملكية التي كانت قائمة بهذه المنطقة.