Von den prähistorischen Anfängen bis hin zur Gegenwart: So umfassend ist der Zeitraum, den die Bestände des Museums abbilden. Viele Objekte sind in der Sammlungsausstellung des Museums zu entdecken.
Im Karlsruher Schloss werden in insgesamt 14 Abteilungen die Ur- und Frühgeschichte, antike Kulturen, die Geschichte der Römer am Oberrhein, Hoch- und zum Spätmittelalter, Reformation, Absolutismus und Aufklärung, Schloss und Hof sowie die Geschichte "Badens und Europa" wieder lebendig. Die markgräflich-badische Sammlung umfasst die Waffenkammer der einstigen Herrscher, ihre Kunst- und Wunderkammer sowie die so genannte "Türkenbeute", die zugleich das Virtuelle Museum dokumentiert.
Die bedeutende Sammlung zum Jugendstil zum Art Déco, zu Mode und Design des 20. Jahrhunderts ist in der Karlsruher Außenstelle Museum beim Markt ausgestellt. Im Museum in der Majolika, einem Zweigmuseum, präsentiert das Museum seine Sammlung aus der Karlsruher Majolika-Manufaktur.
Von unschätzbarem Wert sind die Musikautomaten, die sich im Deutschen Musikautomaten-Museum im Bruchsaler Schloss, einer Außenstelle, befinden. Das Keramikmuseum in Staufen beherbergt als Zweigmuseum eine umfangreiche Keramiksammlung aus dem 20. Jahrhundert.
