Kolekcja działu architektury średniowiecznej, choć nie jest liczna (obejmuje obecnie około 200 eksponatów), to ze względu na wartość artystyczną i historyczną zgromadzonych zabytków stanowi ważną część zbiorów Muzeum Architektury.

Najliczniejszą grupę eksponatów stanowią kamienne detale architektoniczne, powstałe na Śląsku od XII do początku XVI wieku. Są to zabytki o dużej wartości historycznej i poznawczej, w większości pochodzą bowiem z nieistniejących już dziś budowli, nierzadko ważnych dla rozwoju architektury śląskiej. Są wśród nich zarówno dzieła wybitne, wyróżniające się pod względem artystycznym, jak i średniej klasy wyroby rzemieślnicze. Szczególnie cenny zespół stanowią romańskie relikty pochodzące z klasztoru Augustianów pw. NMP na Piasku oraz opactwa Benedyktynów na Ołbinie we Wrocławiu.

Tympanon Jaksy, kościół Archanioła Michała na Ołbinie, Wrocław, ok. 1160–1163 r.

Najcenniejszym eksponatem romańskiej rzeźby architektonicznej w zbiorach Muzeum Architektury jest tympanon Jaksy (ok. 1160–1163) z kaplicy pw. św. Archanioła Michała na Ołbinie we Wrocławiu. Wysoka klasa artystyczna dzieła oraz bogaty w treści program ikonograficzny pozwalają zaliczyć go do czołowych zabytków sztuki romańskiej w Polsce.

Zwornik, kaplica zamkowa pw. św. św. Benedykta i Wawrzyńca w Legnicy, ok. 1230 r.

Zabytki kamieniarki gotyckiej nie prezentują tak zwartego zespołu, jak wcześniej wspomniane detale romańskie. Jednymi z ciekawszych eksponatów w tej grupie są elementy portali, pochodzące z wrocławskich kamienic: tympanon z Veraikonem z domu przy ulicy Ofiar Oświęcimskich 16 oraz towarzysząca mu figura Archanioła Gabriela (2 połowa XIV wieku), przedstawienie kobiety klęczącej na męskiej postaci podnóżkowej (około 1380 roku) czy nadproże z  karczmy cechu rzeźników (około 1500 roku). W zbiorach Muzeum Architektury znajdują się także inne detale z wrocławskich kamienic: wykusz z domu seniora przy kościele św. Marii Magdaleny (1496) oraz dwie płaskorzeźbione płyciny z wykusza domu parafialnego przy kościele św. Marii Magdaleny z 1494 roku.

Unikatowymi zabytkami w zbiorach Muzeum Architektury są dwie gotyckie rzeźby drewniane. Pierwsza z nich, przedstawiająca Chrystusa Zmartwychwstałego (2 połowa XV wieku), pochodzi ze szpitala Grobu Bożego we Wrocławiu. Proweniencja drugiej rzeźby, wyobrażającej Madonnę z Dzieciątkiem, nie jest znana. Należy ona do popularnego na Śląsku i w Czechach typu Pięknych Madonn.

Madonna z Dzieciątkiem, Śląsk, 1 ćw. XV w.

Ważne miejsce w dziale architektury średniowiecznej zajmują wyroby rzemiosła artystycznego, stanowiące niegdyś elementy wystroju wnętrz. Najcenniejszymi zabytkami w tej grupie są witraże, w tym niezwykle rzadki w polskich zbiorach witraż romański z przełomu XII i XIII wieku z wizerunkiem proroka Ezechiela. Wysoką wartość artystyczną mają także dwie czternastowieczne kwatery ze scenami Bożego Narodzenia i Ofiarowania w Świątyni, pochodzące z południowych Niemiec. Na uwagę zasługuje również kwatera ze sceną Bożego Narodzenia (Niemcy, przełom XIII i XIV wieku) oraz fragmenty dwóch późnogotyckich witraży ornamentalnych.

Witraż w wizerunkiem proroka Ezechiela, Niemcy(?), pocz. XIII w.

W zbiorach działu architektury średniowiecznej znajdują się także dwa stropy drewniane oraz wyjątkowy zbiór ceramiki architektonicznej obejmującej zarówno elementy konstrukcyjne (cegły, kształtki żebrowe), jak i zdobnicze (posadzki, okładziny ścienne, fryzy), wykonane z wypalonej gliny. Na szczególną uwagę zasługują zwłaszcza wyroby warsztatów cysterskich i dominikańskich: zespół trzynastowiecznych romańskich płytek posadzkowych z klasztoru Cysterek w Trzebnicy, fragment fryzu arkadowego z kościoła św. Wojciecha we Wrocławiu oraz pochodzący z  tego samego kościoła segment nieco wcześniejszego (lata 30. XIII wieku) fryzu złożonego z wizerunków antytetycznie ustawionych lwów.

Grafika średniowieczna jest reprezentowana w zbiorach Muzeum Architektury przez drzeworyty z widokami miast (Wrocławia, Ulm, Genui i Rzymu), pochodzące ze słynnego dzieła – Księgi kronik (Liber Chronicarum) Hartmanna Schedla (wyd. w Norymberdze w  1493 r.). Wszystkie drzeworyty powstały w pracowni Michaela Wolgemuta. Autorem podkładu rysunkowego dla widoku Wrocławia był Wilhelm Pleydenwurf.

Widok Rzymu, drzeworyt z Liber Chronicarum Hartmanna Schedla, wyd. Norymberga, 1493

Zbiory działu architektury średniowiecznej uzupełniają modele (m.in. makieta katedry w Ulm Juliusza Niekieli z 1929 roku) oraz zabytki dokumentujące dawną technikę budowlaną (cegły, dachówki, kształtki żebrowe, średniowieczne skrzynki do transportu zaprawy), zgromadzone w odrębnym Dziale Techniki.