Dnešní muzejní sbírky čítají přes 282 tisíc inventárních čísel, tedy asi něco kolem 350 tisíc sbírkových předmětů. Mezi hlavní tematické podsbírky muzea patří sbírka archeologická (nálezy z celého prostějovského regionu, například Starého Hradiska, Slatinek, Plumlova a dalších), botanická (vyšší rostliny a mechy, parkové rostliny aj.), geologická (sbírky paleozoologie, paleobotaniky, petrografie, geologie a mineralogie), historická (například mapy, plány, pečetidla, cechovní předměty, střelecké terče, fotografie, zbraně či písemnosti), národopisná (denní potřeby venkovského obyvatelstva, nástroje a formy, lidové malby na skle, dřevěné plastiky, majolika a lidová keramika), numismatická a faleristická (mince od počátků mincovnictví až po současnost, řády, medaile, svátostky a další), sbírka umění a užitého umění (obrazy, kresby, grafika, sochařská díla, vybavení domácnosti a životní styl měšťanských rodin zejména z 19. a 20. století a také významná a velmi cenná sbírka hodin a hodinek) a v neposlední řadě také sbírka literárních památek (korespondence prostějovských osobností, soubory dokumentů k prostějovské historii, zejména uměleckému životu ve městě a regionu, knihovna Petra Bezruče nebo pozůstalost Jiřího Wolkera).