Il Museo dispone di circa 11.000 reperti che, partendo dalla preistoria, giungono ai tempi moderni. Essi sono suddivisi in diverse categorie: artiglierie e relativi accessori, modelli vari, munizionamento, armi portatili lunghe, armi portatili corte, piastre a ruota, a pietra focaia e luminello, inneschi ed accesori per armi antiche, armi bianche, bandiere, trofei vari, medaglie e quadri.

Sono presenti, inoltre, armi preistoriche in pietra e cimeli archeologici. Tra i più importanti reperti si annoverano: un'ascia bipenne risalente al 3.000 a.C., un "elmo apulo" risalente al IV secolo a.C., un "falconetto con la gioia di bocca zoomorfa" del XV secolo, un "organo manesco da 13 canne" del XVII secolo, una "pistola corta a fucile montata a stiletto", una "bombardella" in ferro battuto proveniente dal Castello di Morro del XIV secolo, artigliera più antica presenta al Museo, ed altri.

Nel corso degli anni il Museo si è notevolmente arricchito di nuovi materiali, tanto da rendere necessario l'ampliamento dell'area espositiva; quindi le artiglierie dal XVI al XVIII secolo e quasi tutti gli altri reperti sono custoditi nel Mastio, mentre quelle del XIX e XX secolo ed altri pochi cimeli sono allocati in una sede distaccata, presso un'infrastruttura militare dismessa, già Magazzino Artiglieria e Difesa Chimica, sita in via Bologna 190; contestualmente le poche sale del Mastio lasciate libere sono state destinate ad ospitare mostre tematiche.

Nei pressi del Museo, è consigliabile la visita all'armonioso complesso urbanistico di piazza San Carlo, nonché al Palazzo dell'Accademia delle Scienze, eretto nel XVII secolo, che ospita tre musei, tra i quali il notissimo Museo Egizio.​