La sezione si compone di opere appartenute ai Savoia a cui si aggiunsero col tempo reperti rinvenuti nei territori sabaudi e a Torino, oltre a oggetti acquistati sul mercato antiquario. Nella raccolta di teste e ritratti si contano filosofi (Sofocle, Demostene) e personaggi illustri (Cicerone, M. Emilio Lepido, Vespasiano, Traiano, Adriano e Faustina Maggiore), ma numerose sono anche le sculture romane copie di originali greci (la dea Atena, un torso di atleta, Asclepio). Tra i capolavori si segnalano il cosiddetto il Trono di Luni, sedile marmoreo decorato a rilievo con figure maschili, il Torso di Amazzone in basalto verde, un personaggio loricato in porfido, una copia del Diadumeno di Policleto, lo scriba accovacciato e, infine, il torso di Eros alato e il dio Hermes entrambi rielaborati su modelli di Prassitele.