Відділ, що початково мав назву сектор скіфо-сарматської археології та античних колоній, було створено 1938 р. в ході реорганізації Інституту історії матеріальної культури в Інститут археології Академії наук УРСР. Його першим керівником був майбутній член-кореспондент АН УРСР, професор Л.М. Славін. Завданням відділу було вивчення античної культури та доби раннього залізного віку України загалом. У передвоєнні роки наукове ядро відділу становили Л.М. Славін, Л.Д. Дмитров, А.І. Фурманська та Р.Й. Ветштейн. Під час війни Р. Й. Ветштейн була призвана до лав радянської армії, інші співробітники перебували в Уфі, куди було евакуйовано Інститут.

З відновленням роботи Інституту в 1944 р. відділ мав назву «археології скіфських племен і античних міст», і його очолила І. В. Фабриціус. У 1947 р. його перейменували на відділ скіфо-античної археології. У повоєнний час він поповнився новими кадрами – крім названих науковців, почали працювати Б.М. Рабічкін та Ф.М. Штітельман. На початку 60-х рр. до відділу прийшли Ю. І. Козуб, В. О. Анохін, В. В. Лапін, Н. О. Лейпунська, А. С. Русяєва, В. М. Корпусова та С. Д. Крижицький; на початку 1970-х рр. – М. В. Скржинська, С. Б. Буйських, В. М. Отрешко, С. М. Мазараті, Н. О. Сон, на початку 1980-х – В. М. Зубар, В. В. Назаров, А. В. Буйських, в середині 1990-х – В. В. Крутілов, В. І. Назарчук, О. В. Каряка, Д. М. Хмелевський, від початку 2000-х – В. О. Кутайсов, С. Б. Ланцов, Н. О. Гаврилюк, А. В. Івченко, І. М. Шейко, О. Г. Кузьміщев, М. В. Новиченкова, О. Г. Чехович.

Подальша спеціалізація в межах доби раннього залізного віку призвела до створення в 1961 р. відділу античної археології як окремої структурної одиниці Інституту, але незабаром він знову злився з відділом раннього залізного віку, який очолював О.І. Тереножкін, згодом – Л. М. Славін, з 1971 р. – член-кореспондент АН УРСР С. М. Бібіков, в 1981-2014 рр. відділом керував член-кореспондент НАН України С. Д. Крижицький, з 2015 р. – д.і.н. А. В. Буйських.

Польові дослідження. Перехід до Інституту Л. М. Славіна, який від 1936 р. очолював Ольвійську експедицію, визначив основний напрям польових досліджень відділу: розкопки Ольвії – міста, міського некрополя та поселень сільської округи (хори), а також Борисфена, найдавнішого у Північному Причорномор’ї давньогрецького поселення на о. Березань. Ольвійську експедицію очолювали Л. М. Славін (1938–1971), С.Д. Крижицький (1972–1994), В. В. Крапівіна (1995–2010), від 2011 р. нею керує А. В. Буйських. З 1930-х рр. відділ плідно співпрацює з заповідником «Ольвія», з 2002 р. Національний історико-археологічний заповідник «Ольвія» НАН України.

На розкопках в Ольвії зросли декілька генерацій археологів-античників. У різні роки у відділі працювали (разом с аспірантами): Р. Й. Ветштейн (1939–1941, 1946–1968), Л. Д. Дмитров (1940–1955), А. І. Фурманська (1939–1964), Ф. М. Штітельман (1944–1954), Б. М. Рабічкін (1946–1951), Ю. І. Козуб (1959–1985), В. В. Лапін (1956–1973), А. С. Русяєва (1962–2010), В. О. Анохін (1960–1999, 2008–2010), Н. О. Лейпунська (1962–1969, в 1969–1993 рр. працювала в Археологічному музеї Інституту, але тематично була пов’язана з відділом античної археології), В. М. Корпусова (1962–2003), А. О. Білецький (1962–1967, 1988–1990), В. О. Сичинський (1969–1972), М. В. Скржинська (1972–2005), В. М. Отрешко (1968–1998), С. М. Мазараті (1972–1985), Н. О. Сон (1974 1987), В. М. Зубар (1976–2009), В. В. Крапівіна (1979–2013), В. В. Назаров (1982–2004), В. В. Рубан (1979–1982), М. М. Ієвлев (1997–2000), В. О. Кутайсов (2002–2012), С. Б. Ланцов (2009–2010).

Нині у відділі працює 11 співробітників, з них три доктори історичних наук – чл.-кор. НАНУ С. Д. Крижицький, Н. О. Гаврилюк, А. В. Буйських, ст.н.с. к.і.н. В. М. Морвинцева, н.с. к.і.н. І. М. Шейко, н.с. к.і.н. О. Г. Кузьміщев, м.н.с. к.і.н. М. В. Новиченкова, три молодших наукових співробітники – В. В. Крутілов, А. В. Івченко, Д. М. Хмелевський і лаборант О. Г. Чехович.

Значний внесок у дослідження Ольвії зробили Р. Й. Ветштейн (розкопки римської цитаделі), А. І. Фурманська, Ю. І. Козуб (некрополь), Н. О. Лейпунська та С. Д. Крижицький (міські квартали Верхнього та Нижнього міста), А. С. Русяєва (Західний теменос). Окрім Ольвії, в повоєнний час розпочалися розкопки в Тірі (Л. Д. Дмитров, А. І. Фурманська). Провадилися також розвідки й розкопки сільських античних поселень поблизу Ольвії (Ф. М. Штітельман, Б. М. Рабічкін, А. В. Бураков), а 1960 р. розпочалися розкопки Березанського поселення (В.В. Лапін). Розширення складу відділу в 1960–1970-і рр. позначилося на напрямах польових досліджень і тематиці відділу загалом. Головним об’єктом розкопок лишалася Ольвія, де проходили археологічну практику студени з числених вищих учбових закладів СРСР (переважно Київ, Москва, Ленінград, Одеса, Запоріжжя, Миколаїв та інші). Тут досліджено численні археологічно-архітектурні споруди: декілька десятків житлових будівель різного часу, зокрема, елліністичного на ділянках И, АГД, Центральний квартал, НГС (Л. М. Славін, А. С. Русяєва, С. Д. Крижицький, Н. О. Лейпунська, пізніше О. В. Каряка) та перших сторіч н.е. в Нижньому місті Ольвії на ділянці НГ (Л. М. Славін); відкрито житловий будинок в терасній частині міста (В.І. Назарчук), комплекс Західних міських воріт (Н. О. Лейпунська), залишки фортечніх стін і башт на центральному підвищенні Верхнього міста (А. І. Кудренко, В. В. Крапівіна,) та архітектурно-будівельні залишки VI–V ст. до н.е. та І–IV ст. н.е. в південно-східній частині римської цитаделі, зокрема, землянкові структури, Південний теменос залишки храму, вівтарів та ботросів, що було присвячено Афродіті (А. В. Буйських); житлових будинків і виноробень перших ст. н.е. (В. В. Крапівіна, В. В. Крутілов); будівля казарми римських легіонерів (Р. Й. Ветштейн); комплекс споруд з храмом, вівтарями та ботросами, присвячених Аполлону Іетросу, Матері Богів, Діоскурам на Західного теменосу (А. С. Русяєва); західний торгівельний ряд і будинки адміністративного призначення на агорі (Л. М. Славін, Н. О. Лейпунська); відкрито передмістя пізньоархаїчного часу біля західної околиці Ольвії (Ю. І. Козуб) і господарські передмістя перших століть нашої ери в Нижньому міст (С. Д. Крижицький, Н. О. Лейпунська). Досліджувався також некрополь V ст. до н. е. – III ст. н. е. (А. І. Фурманська, М. Б. Парович-Пешикан, Ю. І. Козуб, В. А. Папанова, А. В. Івченко). Біля південної межі некрополя відкрито сільськогосподарські садиби класичної доби (В. А. Папанова); проводяться дослідування північної брами цитаделі, розпочаті Б. В. Фармаковським (С. Д. Крижицький, Д. М. Хмелевський).

Результативні дослідження здійснено в затопленій частині Нижнього міста (С. Д. Крижицький), завдяки яким було встановлено місце гавані, припортових споруд, досліджено рештки фортечних мурів і в загальних рисах з’ясовано топографію затопленої частини Ольвії, а зрештою – окреслено розміри міста на різних етапах його існування. В 2014 р. розпочаті роботи на передмісті Ольвії в рамках нового спільного українсько-германського проекту (співвиконавець Університет ім. Гете, Франкфурт-на-Майні, професор Й. Форнасьє), в 2016 р. – роботи по дослідженню римських та пізньоантичних шарів на території римської цитаделі (співвиконавець Національний музей в Варшаві, доктор А. Твардецький).

Продовжувалися також систематичні дослідження на Березані, розпочаті в 1960 р. В. В. Лапіним, з 1982 р. С. М. Мазараті, надалі В. В. Назаров, від 2005 р. В. В. Крутілов), де відкрито рештки житлово-господарських комплексів, ремісничих майстерень, храму і вівтаря, присвячених, ймовірно, Афродіті; а також Кераміка Борисфена – виробничого центру з металургійними майстернями та гончарними пічками, в яких знайдено археологічно цілий та бракований під час випалу посуд.

У 1970–1980-х рр. здійснено суцільне обстеження хори Ольвії та зафіксовано понад 350 поселень, хуторів і садиб VІ ст. до н.е. – ІІІ ст. н.е., встановлено її територіальні межі, проведено розкопки: Широка Балка (С .М. Мазараті, А. С. Русяєва), Бейкуш (А. С. Русяєва, С. Б. Буйських), Велика Чорноморка-2 (В. М. Отрешко), Аджигол-1 (С.Б. Буйських), Скелька, Петухівка-II, Стара Богданівка-II, Золотий Мис (А. В. Бураков, С. Б. Буйських). Особливо важливі результати отримані при розкопках пізньоархаїчного селища Чортувате-VII і святилища Ахілла на Бейкушському мисі (С. Б. Буйських), а також городища перших століть нової ери біля с. Козирка (А. В. Бураков), римського військового табору біля с. Мала Корениха (С. Б. Буйських), античної садиби в уроч. Дідова Хата (В. В. Рубан). Продовжувалися також розкопки в Тірі, зокрема вивчення фортечних споруд міста (С. Д. Крижицький, Н.О. Сон). Від 1960-х рр. дослідження відділу вийшли за межі Північно-Західного Причорномор’я. У 1960–1970‑і рр. В. М. Корпусова провадила розкопки некрополів у Північно-Західному Криму (Фронтове І, Заморське, Золоте), В. М. Зубар від 1975 до середини 1980-х рр. досліджував Західний некрополь Херсонеса перших ст. н.е., з приходом до відділу В. О. Кутайсова (2002–2012) та С. Б. Ланцова (2010-2012) тематика розкопок ще розширилася (Калос Лімен і його некрополь, пам’ятки хори Херсонеса в Західному Криму).