В музее представлено около четырёх тысяч памятников декоративно-прикладного искусства России, стран Европы и Востока IV – начала XX века. Их высочайший художественный уровень и особая историко-культурная ценность принесли Оружейной палате Московского Кремля мировую известность.

В первом зале представлена древнейшая часть собрания Оружейной палаты. Исключительную ценность здесь представляют наиболее древние памятники Киева, Чернигова, Рязани, Суздаля, Новгорода и других городов Древней Руси, более древних, чем Москва. Изделия XII столетия говорят о преемственности византийских традиций и высоком уровне русской домонгольской культуры. Уникальными памятниками ювелирного дела являются предметы из кладов, найденных в Киеве, Туле, Старой Рязани. Кладов, подобных «Рязанскому», больше не находили ни в одном городе.

Во втором зале представлены работы лучших мастерских самобытных ювелирных центров XVII – начала XIX века: Сольвычегодска, Костромы, Ярославля, Нижнего Новгорода, Великого Устюга, Тобольска, Вологды. Ювелирное искусство начала XVIII – первой четверти XIX века представлено произведениями мастеров Москвы и Петербурга. Все эти произведения отражают эволюцию художественных стилей от барокко к классицизму. В золотом и серебряном деле XIX – начала XX века видное место занимали крупнейшие российские фирмы Хлебникова, Овчинникова, Курлюкова, Семёнова. И, конечно, фирма Карла Фаберже. Их работы отличают многообразие ювелирных техник и художественное совершенство исполнения.

В третьем зале собрана коллекция европейского и восточного парадного вооружения XV–XIX веков.

В Оружейной палате сформировалась уникальная коллекция русского защитного, холодного и огнестрельного вооружения. Она находится в четвёртом зале. Наиболее ранние, редкие образцы XII–XV столетий практически не имеют аналогов в других музейных собраниях. Здесь же представлены почти все русские императорские ордена XVIII–XIX столетий, начиная от первого российского ордена Святого Андрея Первозванного, учреждённого Петром I, и заканчивая орденами Белого орла и Святого Станислава, введёнными в российскую орденскую систему Николаем I.

Западноевропейское серебро XIII–XIX веков выставлено в витринах пятого зала. Большинство из этих уникальных предметов попало в Россию в качестве посольских даров. Здесь дары Англии, Голландии, Дании, Польши, Швеции.

В витринах шестого зала – драгоценные ткани, лицевое и орнаментальное шитье XIV–XVIII веков, светский костюм в России XVI – начала XX века.

Коллекция древних государственных регалий и предметов придворного церемониала разместилась в седьмом зале.

Уникальную ценность по своей величине и по художественным достоинствам представляет коллекция Конюшенной казны. Разнообразные по технике обработки и орнаменту седла, попоны, паперсти (нагрудный ремень, прикрепленный двумя концами к седлу) заняли своё место в восьмом зале. И неудивительно, что в следующем, девятом, зале представлены экипажи XVI–XVIII веков. Коллекцию экипажей Оружейной палаты называют жемчужиной среди музейных собраний страны и мира.

С 1967 года в здании размещается выставка «Алмазный фонд России». Алмазный фонд России – собрание произведений ювелирного искусства XVIII–XX веков, редких драгоценных камней, самородков золота и платины, представляющих большое историческое, художественное и научное значение, огромную материальную ценность. Это одна из немногих в мире сокровищниц, хранящих уникальные коронные драгоценности. Главной среди ценностей российской сокровищницы по праву считается самая дорогая корона в мире – Большая императорская корона, принадлежавшая Екатерине II, которую украшают почти 5000 бриллиантов и 75 жемчужин.

У истоков образования Алмазного фонда стоял Пётр I. При нём была заложена государственная форма хранения особо ценных и значимых предметов.