A Coleção Greco-romana tem como ícone a escultura de mármore Cabeça de Apolo, um fragmento da grande estatuária, procedente da Magna Grécia, com datação entre 3º e 1º séculos a.C. De menor porte, mas não menos importante, o Torso de mulher, de mármore pentélico, representa o período clássico ateniense, século 5º a. C.
Outros dois importantes núcleos são a coleção de tânagras e a de vidros romanos. As figurinhas de terracota, genericamente designadas por tânagras, que foram produzidas em Atenas no fim do século 4º a. C. e depois imitadas na Beócia, em especial na cidade de Tânagra, são sobretudo de tipos femininos, cujos temas variados desvendam a vida doméstica da Antigüidade, a moda e os gostos da época. Descobertas em escavações no final do século 19, tornaram-se mania entre os colecionadores. Eva Klabin reuniu 24 delas, constituindo a maior coleção de tânagras dos museus brasileiros. Em 1983 publicou um catálogo desta coleção.
Os vidros arqueológicos, ditos romanos, levam este nome porque foram encontrados em toda a extensão da bacia do Mediterrâneo, já sob o domínio do Império Romano. A coleção da Fundação Eva Klabin é composta de 58 frascos e pequenos vasos com funções variadas: recipientes para cosméticos, essências, bálsamos e poções medicinais. Possuem uma riqueza de formas, que atestam o aperfeiçoamento da técnica do vidro, da pasta ao vidro soprado e à transparência.
Integram ainda esta rara coleção três vasos de cerâmica pintados de vermelho e preto, que se distinguem pela qualidade técnica, elegância e perfeição das formas: uma cratera ática, do período clássico; e dois vasos italiotas, de manufatura da Apúlia (Magna Grécia), ambas da segunda metade do século 4º a. C.
