Музейне зібрання Чернігівського історичного музею імені В.В.Тарновського нараховує понад 200 тисяч одиниць збереження і має не регіональне, а загальноукраїнське значення.
Найдавніший період історії Чернігівської землі, починаючи з доби пізнього палеоліту, висвітлюють пам'ятки археології. На особливу увагу серед них заслуговують збори хрестів-енколпіонів, давньоруські ювелірні вироби та прикраси, що надішли у складі 8 скарбів та як індивідуальні нахідки, скарб гривень чернігівського типу, зброя Х – ХІІІ ст., у тому числі 6 мечів і 3 скрамасаксі, дерев'яний колодязь Х ст., віслі печатки, пряслиця та амфори з графіті, знахідки Міжнародної Шестовицької археологічної експедиції.
Добре знана серед фахівців унікальна колекція мовленнєвих і документальних пам'яток ХVІІ – ХVІІІ ст. – доби Гетьманщини, основу якої становить зібрання В.В.Тарновського. Вонамістить козацькі клейноди, холодне та вогнепальне оружня, пушки, військове спорядження, посуд, одяг, у тому числі слуцькі пояси, вишиті краї, гапти, хатнє та церковне начиння, ювелірні вироби, серед яких 15 робіт видатного українського золотаря І.Равича, .Хмельницького та авторську модель його пам'ятника скульптора М.Мікешіна, речі, пов'язані з іменами Я.Остряниці, І.Мазепи, С.Палія, П.Полуботка, В.Кочубея, В.Дуніна-Борковського, Я.Лізогуба , М.Ханенка, Л.Барановича, І.Максимовича, Д.Ростовського, І.Скоропадського, К.Розумовського тощо. Документальні пам'ятки цієї доби репрезентовані 156 гетьманськими универсалами в оригіналах і копіях ХVІІІ ст., родинними архівами Забіл, Лашкевичів, Милорадовичів, Полетик, Тарновських, Шихуцьких, архівами судових установ, ратуш, яких –два экземпляри Острозької Біблії, перше чернігівське видання – “Перло багатоцінне” К.Ставровецького Транквіліона (1646 р.), 53 Євангелія у коштовних оправах.
ХІХ і ХХ століття представлені, крім майнових документів, приватного листування представників уже згаданих дворянських родів, фондами видатних громадських та культурних діячів України П.Куліша та Ганни Барвінок, О.Марковича, І.Шрага, В.Горленка, Л.Глібова, О. Коваленка, І.Нечуя-Левицького, фотографіями та поштівками, листівками, у тому числі гектографічними відбитками, різних політичних партій. Безцінними реліквіями є два автографи Т.Шевченка, три аркуші М.Гоголя та мініатюрний портрет видатного письменника, написаний на зрізі кістки мамонта вірогідно О.Івановим, срібний вінок, покладень на могилу Куліша від І.Пулюя, переклад Біблії П.Морачевським, малюнки С. деБальмена до творів П.Куліша, вулик П.Прокоповича, меблі з маєтків Галаганів, О.Рахманової (дочки декабриста С.Волконського), вишивки бісером тощо.

Про участь чернігівців у найважливіших подіях ХХ ст., розвиток економіки та культури, громадську життя краю розповідають документи, фотографії, нагороди, зразки продукції, побутові речі, зброя, мистецькі твори, меморіальні речі. З-поміж них можна виділити малюнки, фото, листи з Соловків представників “доби розстріляного відродження”; партизанські речі, листівки, стіннівки 1941-1945 рр.; комплекси мовних та документальних пам'яток учасників оборони та освоболення Чернігівщини від німецько-фашистських загарбників, видатних вчених та діячів культури – лауреатів Державних премій СРСР і України, льотчиків-космонавтів – вихованців Чернігівського вищого військового авіаційного училища льотчиків, ліквідаторів аварії наЧАЕС та воїнів-інтернаціоналістів; матеріали, що висвітлюють діяльність політичних партій та національно-культурних товариств. У музеї зберігається орден Леніна, яким була 1967 р. нагороджено Чернігівську область, і перший національний прапор, встановлений Чернігівською організацією Народного Руху України на своєму поміщенні у 1990 р.
Широко представлені в експозиціях і на виставках пам'ятки етнографії та нумізматики, вироби з фарфору та фаянсу. Багата сфрагістична колекція, в якій, зокрема, маємо 135 відбитків 15 модифікацій гетьманських печаток 1603 – 1765 рр., лягла в основу кандидатської дисертації “Козацькі печатки Гетьманщини другої половини ХVІІ – ХVІІІ ст. за архівними матеріалами Чернігівського історичного музею ім. В.В.Тарновського”.
За годину існування музейна колекція зазнала значних втрат. Перший відчутний удар був наданий у 1933 р., коли занаказом Народного комісаріату освіти унікальна Шевченкіана (понад 1000 од), зібрана В.В.Тарновським, всупереч заповіту мецената була вивезена з Чернігова. Сьогодні переважна її частина зберігається в Національному музеї Тараса Шевченка та в Інституті літератури НАН України.
Протягом 1935 – 1941рр. новоствореному Чернігівському літературно-меморіальному музею М.Коцюбинського було передано майже 3000 експонатів. Передачі відбувалися і у післявоєнну годину. Причому стосувалися вони не лише матеріалів, пов'язаних з Коцюбинським, а й архівів Куліша, Шрага, Глібова, Рашевського, Мордовця, інш.
Загалом, внаслідок передач пам'яток іншим музеям фонди Чернігівського історичного музею зменшилися майже на 20 тисяч одиниць збереження. Це – зброя, військове спорядження, побутові речі козацької доби, у тому числі – шабля і булава Б.Хмельницького, чарка П.Полуботка; часиГ.Сковороді; архів М.Ге; автографи Лесі Українки, Олені Пчілки, М.Рильського; твори П.Антокольського, В.Штернберга, Л.Жемчужнікова.
У 1953 р. з ідеологічних міркувань були вилучені та передані до Державного архіву Чернігівської області матеріали так званих буржуазних націоналістів С.Петлюри та М.Грушевського, листівки Центральної Ради, Директорії, гетьманського уряду, документи та нумізматичні пам'ятки періоду німецько-фашист. На початку 1990-х. частину з них повернули музеєві.
У 1983 р. майже 4 тисячі музейних предметів – ndash; скульптура, живопис, графіка, іконопис – відокремлені при створенні Чернігівського художнього музею.
Дуже постраждало музейне зібрання в роки Другої світової війни. Євакуювати вдалося лише половину експонатів та десяту частину бібліотечних фондів. Все, що залишилось у Чернігові, загинуло внаслідок бомбардувань та пожеж, булопограбоване і вивезене, лише поодинокі пам'ятки у 1940-х років. 1950-х. були повернуті музею чернігівцями. В акті “Про розміри збитків, завданих німецько-фашистськими загарбниками Чернігівському історичному музеєві”, складеному 25 травня 1944 р., зафіксовано 28250 експонатів та 36560 книг. Серед них – ndash; 12 тисяч пам'яток археології, 300 од. меблів, 5 тисяч фотографій, 2500 ікон, 3000 виробів з порцеляни, унікальна фреска ХІ ст. св.Текля; 2700 книжок бібліотеки Тарновського, 1700 –; Милорадовича, 1600 – Лизогуба, 800 –; Куліша, 10560 – Чернігівської духовної семінарії. У роки війни загинула вся облікова документація, тому скласти сьогодні повний, детальний перелік втрат дуже важко. Завдяки каталогам, статтям, згадкам у наукових виданнях знаємо, що пропала бандура І.Мазепи, дзвін з його гербом та портретом з Домницького монастиря; портретипредставників козацької старшини та релігійно-культурних діячів, створених у ХVІІІ ст.; культові речі – вклади до церкв та монастирів Чернігівщини; стародруки ХVІ – ХVІІІ ст.