Az 1880-as évek elején gróf Zichy Jenő Erkert orosz antropológus tábornok társaságában a zámi Kövesház nevű, nagyméretű halom területén ásott. Ennek nyugat oldalában emberi csontokat találtak vastag rétegben, amelyet „tatárkoponyáknak” tartottak, és elszállítottak. További információnk nincs az ásatásról, illetve a leletekről. A lelőhelyet ma Hortobágy–Köves-halomként tartjuk nyilván. A feltárást nyilván egy rézkori kurgánon végezték, de az „egymásra hányt emberi csontok” inkább egy középkori templom körüli temető több rétegben eltemetett halottjait idézik, mint egy őskori halomsírt. Zoltai Lajos szerint a középkori Szabolcs falu temploma és temetője lehetett itt.
1883 körül Gáll Mihály országgyűlési képviselő néhány barátjával együtt ásatást végzett a Hajdúböszörmény határában lévő „nagypródi halmon”, ahol őskori leletek kerültek elő (obszidián és kova kőeszközök, csonteszközök). A leletek a Református Kollégium gyűjteményébe kerültek. A lelőhelyet ma Hajdúböszörmény–Pródi-halomként ismerjük, és egy késő újkőkori (neolitikus) tellről (településhalomról) van szó.
1905 júniusában dr. Medve Zoltán császári és királyi kamarás és Steinfeld Mihály debreceni nagybirtokos végeztek ásatást a Debrecen és Hajdúszoboszló közötti Czitrahalma lelőhelyen, ahol két állatcsontvázat, illetve hét szem színes üveggyöngyöt találtak. A lelőhely ma is Hajdúszoboszló–Citra-halom néven ismert, és egy rézkori kurgánról van szó, melybe feltehetőleg későbbi korokban is beletemetkeztek.
1906-ban megnyílt a Debreceni Városi Múzeum, amelynek múzeumőre, Zoltai Lajos ettől kezdve folyamatosan, minden évben szisztematikus régészeti feltárásokat végzett.
A megye területén a legkorábbi régészeti leletek az újkőkor (neolitikum) korai fázisára keltezhetők, kb. i.e. 6000-5600 időszakra. Ez az időszak az ún. Körös-kultúra leletanyagával jellemezhető. A megyéből több lelőhely is ismert, azonban csak a Berettyó-folyó vonalában, illetve attól délre, pl. Berettyóújfalu–Nagy-Bócs-dűlő, Berettyószentmárton–Morotva-liget, vagy Berettyóújfalu–Szentpéterszeg–Körtvélyes II.
A Déri Múzeum számos olyan régészeti lelettel rendelkezik, amelyeket a nemzetközi régészeti kutatás is számon tart. Ezek közül talán a középső bronzkori hajdúsámsoni bronzkincset lehet kiemelni, amely világhírűnek tekinthető. A kincset 1907-ben találták földművesek Hajdúsámson északi határában. A lelet egy gazdagon díszített, különleges bronzkardot és 12 db, három különböző típusba sorolható bronz nyéllyukas baltát tartalmazott. A megtalálók szerint a kard a lapján feküdt, markolatával északra, és rajta keresztben voltak elhelyezve a nyéllyukas balták, melyek közül hármat szintén gazdag, egymásba kapcsolódó spirál- és indamotívumokból álló díszítés borít. A lelet gyorsan világhírűvé vált, és a kor egyik legnagyobb európai régésze, Vere Gordon Childe Zoltai Lajossal közösen publikálta 1926-ban, a Man című régészeti-antropológiai folyóirat hasábjain, és így a nemzetközi kutatás számára is hozzáférhetővé tették.
A múzeum legidősebb aranylelete a hencidai aranykincs. Az 1965-ben, Hencida határában előkerült lelet a középső rézkor elejére datálható, kb. i.e. 4350-4200 körüli időszakra. A kincs 6 db átfúrt csüngőből, 5 db felül átfúrt függesztőtaggal ellátott, középen áttört, antropomorf csüngőből, és egy nagyméretű, középen áttört korongból áll.
A múzeumban eddig beleltározott régészeti leletanyag alapján a legtöbb leletanyag Berettyóújfalu–Somota-dűlő/Papp-zug lelőhelyről származik: 17 214 leltári tétel, 37 425 darab tárgy. Ez azonban sajnos nem tükrözi a valóságot: az elmúlt két évtized során rengeteg nagyfelületű feltárást végeztek a múzeum régészei, amelyekről óriási mennyiségű leletanyag került be a raktárainkba. Ennek a leletanyagnak a feldolgozása folyamatos, és egyelőre csak egy kis részüket sikerült beleltározni. Ennek megfelelően ez az adat a következő években biztosan változni fog.
A múzeum eddigi legnagyobb felületű ásatása Berettyóújfalu–Nagy-Bócs-dűlő lelőhelyen zajlott. A múzeum dolgozói 2004-2005, valamint 2006-2011 között végeztek megelőző feltárást a tervezett hulladáklerakó telep területén. A feltárás során tíz korszakból mintegy 2500 régészeti objektum került elő.
A régészeti leletek pénzbeli értékét nagyon nehéz, eszmei értékét lehetetlen megbecsülni és összehasonlítani. A műkincskereskedelemben persze minden régészeti tárgyhoz kapcsolnak egy pénzösszeget, és ha a pénzbeli értékre vagyunk kíváncsiak, segíthet a leletek mozgatásakor, kölcsönzéskor kötött biztosítás értéke is ennek meghatározásában. A múzeum régészeti gyűjteményéből ezek alapján a hencidai rézkori aranykincs, a középső bronzkori hajdúsámsoni 1. bronzkincs, a késő bronzkori hajdúsámsoni bronzedény depó, a késő bronzkori nyírlugosi bronz szitula, vagy a nemrég előkerült derecskei kora avar arany pártaveretek tekinthetők a legértékesebb leletegyütteseknek.