陶俑是指用陶土製作的各種人俑和動物俑形象，是我國古代造型藝術中的一個重要內容。館藏的歷代陶俑，題材豐富、形式多樣，絕大部分來自於考古發掘，形成了兩漢、南北朝、隋唐、宋、明等較為完整的時代序列。漢代俑拙樸凝重，南朝俑清秀端莊，北朝俑粗獷豪放，隋唐俑豐滿雍容，體現了不同的時代特徵及藝術風格。尤以漢俑最為突出，是徐州漢代文物的典型代表之一。展廳分兩個部分：漢代陶俑展區、魏晉南北朝唐宋陶俑展區。漢代展區以三個重要內容統領展廳空間：羊龜山侍衛俑、馱籃山樂舞俑和北洞山彩繪儀衛俑。
威儀如生—漢代陶俑：徐州出土的漢代陶俑達6000件以上，是兩漢時期除都城長安以外發現陶俑數量最多的地區。該展區主要展示軍陣龐大、造型古樸的獅子山兵馬俑，典雅婉約、縴手琴瑟的馱籃山樂舞俑，色彩明豔、神態逼真的北洞山儀衛俑。這些陶俑都是我國陶俑藝術的珍品。
盛邦妙造—隋—明代陶俑：該展區展示徐州茅村花馬莊唐墓中出土的天王俑、文吏俑、馬俑、駱駝俑及三彩鎮墓獸等，器形高大，形象豐富。
雋永惠中—魏晉南北朝陶俑：徐州地區發現的魏晉南北朝陶俑，在繼承前代陶塑工藝精華的基礎上，表現內容豐富，形式多樣，兼具南朝秀美與北朝粗獷之特點，尤其注重對人物表情的刻畫，具有很高的藝術水平。
黃門侍郎—北洞山楚王墓彩繪儀衛俑：北洞山楚王墓墓道兩側的七個壁龕內共出土彩繪儀衛陶俑224件，有執兵俑、背箭箙俑和執笏俑。這批陶俑絕大部分保存完整，服飾色彩豐富多樣，衣紋線條流暢飄逸，面部表情生動細緻，眉目鬍鬚纖細如毫，是我國迄今發現漢代色彩保存最好的彩繪俑群。
楚騎爭鋒——獅子山楚王墓兵馬俑：兵馬俑坑位於獅子山楚王墓西側約400米處，共發現6條兵馬俑坑，分為南北兩處俑坑群。共出土陶俑4000餘件，有軍吏俑、步兵俑、車兵俑、騎兵俑和陶馬俑等。
妙麗善舞——馱籃山楚王墓樂舞俑：此處展示的一組馱籃山樂舞俑，是有十五件人俑組成的樂舞團，後面是八個跪著演奏的侍女，前邊是七個跳動的舞者，再現了西漢楚國宮廷樂舞的場景。
獅子山楚王墓東區外藏坑：
獅子山楚王墓陵園東區分布著規模龐大、排列有序的外藏坑，數量近20座。此處復原陳列的是2004年發掘的一處外藏坑，坑口南北長3.2米、東西寬2.3米、深2.5米。坑內共有陶俑142件，主要為戴弁冠、著深衣長袍的侍衛俑，發掘證明這些俑手中原持有木質的戟。俑群北側有一單獨站立陶俑，形體略高。研究認為，該俑坑象徵楚王宮廷的侍衛隊，俑群北側站立陶俑應為侍衛隊首領。