O museu possui um dos maiores acervos de artefatos arqueológicos e etnográficos do Brasil, composto por mais de 150.000 peças, formado por meio de coletas de campo, escavações, compras, permutas, comodatos e doações, desde o fim do século XIX. A coleção arqueológica abrange os povos e civilizações do Mediterrâneo e do Oriente Médio, da América pré-colombiana e, sobretudo, do Brasil pré-colonial. A coleção etnográfica abrange peças relativas às populações africanas e afro-brasileiras e aos povos indígenas de todas as regiões do Brasil. Possui ainda uma vasta biblioteca, com cerca de 60 mil volumes, entre livros, catálogos, teses, periódicos e obras raras.

O MAE oferece cursos de extensão e disciplinas optativas para estudantes de graduação. Em nível de pós-graduação, mantém o Programa de Arqueologia para graduados em geral, formando profissionais nas áreas de arqueologia pré-histórica e histórica e arqueologia clássica. Promove exposições e programas educativos voltados à comunidade em geral. A pesquisa é desenvolvida na forma de atividades de gabinete, campo e laboratório, em convênio com diversas instituições brasileiras e estrangeiras. Mantém o Centro Regional de Pesquisas Arqueológicas Mário Neme, na cidade de Piraju, e o Museu Regional de Iguape, no Vale do Ribeira, como núcleos de apoio logístico e operacional para pesquisas de campo. Também possui vínculos com o Centro de Arqueologia Biomas da Amazônia, no município de Iranduba, em conjunto com a Universidade do Estado do Amazonas. Publica a Revista do Museu de Arqueologia e Etnologia, com periodicidade anual.