Les collections archéologiques de Cavaillon, fruit d'une collecte régulière depuis la famille Jouve à la fin du 19e siècle, couvrent une large période de l'histoire de la commune et de son territoire élargi, depuis les traces de présence préhistorique attestées sur la colline Saint-Jacques jusqu'à la christianisation et la période médiévale. Quelques éléments modernes témoignent aussi, aux côtés de la chapelle de l'Hôtel-Dieu elle-même, de l'évolution de la cité cavaillonnaise aux 17e et 18e siècles.