הארכיון המוזיאלי, בניהולה של חנה פיריץ, שומר על תצלומים ומסמכים רבים מתולדותיה של באר טוביה. משימה נוספת שהארכיון קיבל על עצמו הוא להציג באמצעות חפצים מקוריים את סיפורו של המקום.
הארכיון נמצא בבית קטן ששימש בעבר את מרפאת המושב, כ-300 מ' ממערב לבית העם. בגינה מוצגים כלים חקלאיים היסטוריים. חדר אחד, "ממושבה למושב", מוקצה לתקופה שבה באר טוביה התקיימה כמושבה, הדרומית ביותר שהקימו אנשי העלייה הראשונה. באר טוביה קמה לראשונה בשנת 1888 על אדמות הכפר קוסטינה שרכש הברון רוטשילד. במקום התיישבו חמש משפחות מסרביה ואליהן הצטרפו פועלים זמניים. תנאי המחיה הקשים, הבידוד והסכסוך עם ערביי הסביבה הביאו לאחר שנתיים לעזיבת המושבה.
בשנת 1896 קמה המושבה מחדש ושינתה את שמה מקוסטינה לבאר טוביה, שֵם שנגזר כנראה מבאר שנקראה בערבית ביר א-תעביה. במאורעות תרפ"ט (1929) תקפו ערביי הסביבה את המושבה. 130 תושביה התבצרו במבנה אבן ששימש רפת. לרשותם עמדו שישה רובים ובעזרתם עמדו מול התוקפים במשך שלושה ימים. במתקפה נהרגו שניים ובהם הרופא חיים יזרעאלי. הבריטים פינו את המתיישבים לרחובות, והמושבה חרבה כמעט עד היסוד וננטשה. קרן קימת לישראל רכשה את קרקעות המושבה, ועליהן קם ב-1930 מושב באר טוביה.
הארכיון מציג כמה ממצאים מרגשים מימי המושבה ובהם כליו של הרופא יזרעאלי והבגדים שלבשו ילדיו בעת הפרעות. מנדולינה אחת, שנותרה מאותם ימים, מלמדת שלמרות הקשיים ביקשו התושבים לנהל חיי תרבות ואף הקימו מקהלה. המנדולינה נשלחה לַמוזיאון מאוסטרליה על ידי בת לאנשי המושבה שהשתתפה בשנת 1988 בכנס בבאר טוביה במלאות 100 שנה לייסוד המושבה. במהלך הביקור היא זיהתה את אמה בתמונה, ולאחר ששבה לביתה שלחה ארגז ובו המנדולינה ומכתב שבו כתבה כי היא שולחת את המנדולינה בחזרה הביתה...
התצוגה הגדושה מימי המושב מעניינת מאוד גם היא. שימו לב, בין שלל המוצגים, למכשיר האזעקה מפני גנבים, לכלי שבו שקלו ביצים כדי למיינם לפי גודל וגם לכלי מיוחד שבאמצעותו חסמו פיות סוסים בעת פרזול. חדר נוסף משמש לתערוכות מתחלפות, ובחדר אחר מציגים את הקשרים המשפחתיים הענפים בין אנשי באר טוביה, שהופכים את המקום למעין חמולה גדולה.