Das Museum für Ur- und Frühgeschichte ist im ersten Obergeschoss des Gemmingenbaus auf der Willibaldsburg untergebracht. Hier wird die Entwicklungsgeschichte der Region von der Steinzeit bis zum Frühmittelalter gezeigt. Einen Schwerpunkt bildet der Raum mit den Tierskeletten von Mammut, Höhlenhyäne und Rentier.
Die Gewinnung von Werkzeugen in der Steinzeit ist ein weiteres Thema. Die Zeit der Kelten repräsentiert u. a. ein außergewöhnliches gut erhaltenes Schwert aus dem 4. Jh. vor Chr. Eine Besonderheit ist die Abteilung mit den römischen Funden, darunter die einzige Groma (röm. Vermessungsgerät) nördlich der Alpen sowie ein Großmodell des römischen Kastells Pfünz mit 500 bemalten Zinnfiguren, die das Leben in einem Kastell um 200 n. Chr. veranschaulichen. Bodenfunde aus der Zeit des Frühmittelalters mit u. a. einem Doppelgrab aus der Zeit der Merowinger beschließen den Besuch im Museum.
Laufende Sonderausstellungen zu historischen Themen ergänzen das Museumsangebot.
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