Музейное собрание в настоящее время насчитывает свыше двухсот тысяч единиц хранения. Это коллекции археологии, этнографии, изобразительных и письменных источников (архивные документы по истории края, фотографические снимки, редкие и старопечатные книги), предметы изобразительного искусства, оружия, нумизматики, памятники живой и неживой природы.
В 1878 году, в год образования музея, коллекции насчитывали 2500 предметов, большую часть которых собрали в экспедициях члены ЗСОИРГО, известные путешественники и ученые: М.В. Певцов, И.Я. Словцов, Г.Н. Потанин, Н.М. Ядринцев, совершавшие поездки в Монголию, Среднюю Азию, на север Сибири и Алтай. Некоторые из собранных ими предметов до сих пор хранятся в музее. Значимость коллекций подтверждалась приглашениями участвовать на выставках в Москве, Санкт-Петербурге, Нижнем Новгороде.
В 1896 году было завершено строительство здания музея и его коллекции получили постоянное место хранения, а посетители - доступ к ним. И сразу отдел и музей привлекли к себе внимание многих ценителей отечественной истории и культуры, а также покровителей и дарителей, среди которых были такие заметные фигуры, как чиновник особых поручений канцелярии губернатора Семиреченского края Н.Н. Пантусов, священники-миссионеры Гиганов и Покровский, генерал-губернаторы Г.А. Колпаковский и Н.Г. Казнаков.
В 1921 году музей был выделен из состава Географического общества в самостоятельное учреждение - Государственный Западно-Сибирский Краевой музей. В 1920-е годы подвели итоги утрат музейных коллекций за годы гражданской войны. Они оказались значительными. Особенно пострадал, бывший некогда богатейшим, картографический фонд.
Перед новыми сотрудниками музея встала первоочередная задача восстановления и пополнения музейного фонда. На это время приходится активный период исследовательской и экспедиционной работы в области археологии, этнографии, минералогии и ботаники. С 1923 по 1928 годы фонды музея пополнились более чем на 14 тысяч музейных предметов. Омское отделение филателистов собрало ценную коллекцию бумажных денежных знаков времен гражданской войны. В 1924 году в музее была открыта художественная галерея. В ней экспонировались картины и скульптуры, предметы декоративного искусства и мебель, привезенные из Государственного музейного фонда города Ленинграда.
В 1925 году музею было передано много образцов холодного оружия из Окружного артиллерийского склада.
К концу двадцатых годов Западно-Сибирский Краевой музей становится одним из крупнейших в регионе.
В 30-40 годы ХХ века северные границы Омской области простирались до берегов Ледовитого океана. Это создавало широкое поле деятельности для исследовательской и собирательской работы сотрудников музея в разных направлениях: изучение быта народов Севера, архитектуры города Тобольска, археологии на территории Западной Сибири. В это же время была проделана самоотверженная работа по спасению памятников церковного искусства из соборов старейшего в Сибири города - Березова. В годы Великой Отечественной войны сотрудники музея собирали материалы о формировании военного тыла и о воинах-земляках.
После отделения художественной галереи, изменения границ области в годы войны, круг исследований в последующие годы сузился. Внимание, в основном, переключается на углубленное изучение уже имеющихся материалов, пополнение старых коллекций и формирование новых.
В 1945 году, по завещанию известного ученого и поэта П.Л. Драверта, в музей поступила его личная коллекция из нескольких тысяч предметов: документы, фотографии семьи Дравертов-Далматовых, их научная переписка с В.И. Вернадским и А.Л. Чижевским, коллекции экслибрисов, бонов, монет России и Европы, минералов и многое другое.
В пятидесятые годы появляются значительные сборы о культуре старожильческого населения северных районов Омской области. Так, в 1957 году была организована экспедиция в Усть-Ишимский район Омской области, в результате которой этнографическая коллекция пополнилась новыми интересными предметами материальной кльтуры русского населения. Шестидесятые и семидесятые годы в истории формирования музейных коллекций отмечены работой среди жителей города Омска: проводился активный сбор предметов городского быта конца XIX - начала ХХ века.
В это же время в музей поступили бытовые предметы от семей Артемьевых и Черновых, среди которых особый интерес представляли образцы городской одежды. Они и стали основой коллекции городской одежды начала ХХ в.
В восьмидесятые годы активизируется экспедиционная работа в сельских районах Омской области, а темой исследований была взята история сельского уклада во всех его проявлениях. Сотрудники музея собрали свыше сорока тысяч предметов, связанные с историей Омской области. Значительным стимулом собирательской деятельности стала подготовительная работа, а потом создание двух новых музеев: литературного и воинской славы омичей.
Появились десятки персональных коллекций сибирских литераторов: Т. Белозерова, Н. Анкилова, В. Озолина, Л. Мартынова и многих других, а также участников Великой Отечественной войны генерал-майора Д.М. Карбышева, генерала А.С. Чамова, Героя Советского Союза В.А. Голоскокова.
Девяностые годы - период освоения новых исследовательских тем в связи с изменениями общедемократического уклада в стране. В собрании музея появляются материалы о новых общественно-политических движениях и социально-экономических переменах. Формируется национальная коллекция по истории и этнографии российских немцев. Успешно пополняется коллекция, характеризующая историю детской игрушки.
Все предметы музейных фондов имеют большую научную и культурную ценность и чрезвычайно важны для научных исследований, экспозиционной, выставочной и просветительной деятельности музея. Универсальность музейного собрания позволяет глубоко и образно воссоздать материальную и духовную культуру жизни региона с древнейших времен до наших дней, образ жизни отдельного человека, важнейшие исторические процессы. Коллекции музея обладают, безусловно, значительным научно-исследовательским и просветительным потенциалом.
