Η Συλλογή Κεραμικής του Βυζαντινού Μουσείου περιλαμβάνει περίπου 3.100 αντικείμενα που χρονολογούνται από την παλαιοχριστιανική εποχή έως και τους μεταβυζαντινούς χρόνους. Αν και ο κύριος όγκος του υλικού αποτελείται από όστρακα συχνά άγνωστης προέλευσης, δεν απουσιάζουν τα ακέραια αγγεία, σκεύη καθημερινής χρήσης στην πλειονότητά τους. Αρκετά αποτελούν δωρεές ιδιωτών, όπως των συλλεκτών Α. Μπενάκη και Χρ. Νομικού, Θ. Ζουμπουλάκη, Λ. Πιερίδη, Ζ. Ζάκου, Π. Θεοδωρακόπουλου, και άλλα παραχωρήσεις ανασκαφέων, όπως του Ι. Θρεψιάδη και του Ν. Δοντά. Σημαντικός είναι, επίσης, ο αριθμός των παραχωρήσεων που έχουν πραγματοποιηθεί τα τελευταία χρόνια από τις Εφορείες Βυζαντινών Αρχαιοτήτων (1η, 13η, 23η, 28η), οι οποίες παρέδωσαν για τις ανάγκες της επανέκθεσης των συλλογών του Βυζαντινού Μουσείου μεγάλο αριθμό ακέραιων αγγείων.

Η συλλογή του Μουσείου αντιπροσωπεύεται από μερικές δεκάδες μόνο παλαιοχριστιανικά αγγεία, τα οποία στην πλειονότητά τους προέρχονται από ανασκαφές παλαιοχριστιανικών τάφων στην περιοχή των Αθηνών και αλλού. Πρόκειται για μικρές οινοχόες, ληκύθια, αμφορίσκους, μυροδοχεία και λυχνάρια στην πλειονότητά τους, ενώ λιγοστά είναι τα αποθηκευτικά σκεύη –πιθάρια και αμφορείς–, τα πινάκια, τα κύπελλα, οι μικρές χύτρες και τα unguentaria (δηλαδή οι ευλογίες). Ανάμεσα στα παλαιοχριστιανικά αγγεία ξεχωρίζει πινάκιο με ενσφράγιστη παράσταση Χριστού θριαμβευτή του 6ου αιώνα που βρέθηκε σε παλαιοχριστιανική οικία, όπως επίσης αγγείο με προχοή που θεωρήθηκε αγγείο αρμέγματος.

Το μεγαλύτερο μέρος της συλλογής του Μουσείου αποτελείται από επιτραπέζια εφυαλωμένα αγγεία των βυζαντινών χρόνων. Την εποχή αυτή οι κεραμίστες εγκαταλείπουν πλέον την απλή διακόσμηση των παλαιοχριστιανικών αγγείων και υιοθετούν ποικιλία διακοσμητικών θεμάτων τα οποία αποδίδουν με τη γραπτή, την ανάγλυφη και κυρίως την εγχάρακτη τεχνική. Ενδιαφέρουσα ομάδα στο Μουσείο αποτελούν τα ανοικτά πινάκια και οι μεγάλες κούπες του 12ου αιώνα με εγχάρακτη διακόσμηση. Τα αντικείμενα, τα οποία δώρισε το 1986 στο Μουσείο η Ζανέτ Ζάκου, προέρχονται από ναυαγισμένο πλοίο με φορτίο κεραμικών σκευών και πιθανώς συνδέονται με τα ναυάγια που βρέθηκαν στο Καστελόριζο και στην Πελαγόννησο στις Βόρειες Σποράδες. Αναφέρουμε, ακόμη, ενδεικτικά τις μικρές κούπες από τον Άγιο Δημήτριο της Θεσσαλονίκης, που περιήλθαν στη συλλογή το 1924 από τις ανασκαφές που πραγματοποίησε ο τότε διευθυντής του Μουσείου Γεώργιος Σωτηρίου. Τα αγγεία χρονολογούνται στη υστεροβυζαντινή εποχή, περίοδο κατά την οποία τα σκεύη γίνονται μικρότερα και βαθύτερα καθώς προορίζονται για υδαρή φαγητά. Στη συλλογή περιλαμβάνονται επίσης μαγειρικά σκεύη και κυρίως χύτρες, οι οποίες συνήθως διατηρούν τις φόρμες της ρωμαϊκής εποχής, αφού η χρήση τους παραμένει η ίδια στη διάρκεια των αιώνων. Οι περισσότερες αποτελούν παραχώρηση της 1ης Εφορείας Βυζαντινών Αρχαιοτήτων. Η συλλογή περιέχει ακόμη ένα σπάνιο σκεύος, το σαλτσάριο, το οποίο δεν απουσίαζε από το βυζαντινό τραπέζι. Το χρησιμοποιούσαν στην παρασκευή και το σερβίρισμα σαλτσών.
Στη συλλογή του Μουσείου εκπροσωπείται, επίσης, η μεταβυζαντινή εφυαλωμένη κεραμική, η οποία ακολουθεί τη βυζαντινή παράδοση ως προς τις τεχνικές κατασκευής και διακόσμησης αλλά και ως προς τα σχήματα των αγγείων, που είναι ωστόσο πιο περιορισμένα. Μικρές κούπες με εγχάρακτη διακόσμηση από σπείρες, και κανάτια με τριφυλλόσχημη προχοή, που συχνά καλύπτονται στην κοιλιά με φολιδωτό διάκοσμο, συμπεριλαμβάνονται στη συλλογή του Μουσείου. Πιθανότατα προέρχονται από ανασκαφές στην περιοχή των Αθηνών, όπως και ομάδα από κανάτια με γραπτή διακόσμηση που μιμείται τα ιταλικά μαγιόλικα, δηλαδή τα κεραμικά με τη γραπτή διακόσμηση πάνω σε κασσιτερούχα εφυάλωση. Ομάδα ιταλικών μαγιόλικων και εγχάρακτων αγγείων περιήλθε πρόσφατα στη συλλογή του Μουσείου. Τα αγγεία, τα οποία βρέθηκαν σε ανασκαφές στην Κρήτη, συμπεριλαμβάνονται στην εκθεσιακή ενότητα της βενετοκρατούμενης Κρήτης και αναδεικνύουν τους εμπορικούς δεσμούς που είχαν αναπτυχθεί στο χώρο της ανατολικής μεσογειακής λεκάνης και κυρίως ανάμεσα στη μεγαλόνησο και την μητρόπολη Βενετία.