Zbiory Działu Sztuki Dawnej to ponad 2200 muzealiów z zakresu rzeźby, malarstwa, grafiki oraz rzemiosła. Do grupy szczególnie cennych obiektów należy rzeźba sakralna od XIV do początku XX wieku, związana z terenem Dolnego Śląska. Zespół pochodzi z dawnego Heimatmuseum oraz przekazów powojennych. Zbiór malarstwa obejmuje prace powstałe od XVI do początku XX stulecia. Jest wśród nich popularne na Śląsku malarstwo religijne i pejzażowe. Do najważniejszych kolekcji sztuki dawnej należą: portrety mieszczan z XIX i XX wieku oraz sztychy dotyczące ikonografii miast, ceramika, zegary, wyroby złotnicze, konwisarskie. wyroby kowalstwa, zabytki techniki, narzędzia rzemieślnicze, przedmioty pomiarowe, przedmiotów użytkowe, sprzęt grający, sprzęt fotograficzny. Na liczący ponad siedem tysięcy obiektów zbiór Działu Historycznego składają się takie grupy muzealiów jak: pocztówki, pieczęcie, afisze wyborcze, sztandary, mapy i plany. W ramach Działu Historycznego działa Gabinet Numizmatyczny. W swych zbiorach zgromadził ponad 4900 obiektów, na które składają się: monety, banknoty polskie i zagraniczne, medale, medaliony i plakiety. Muzeum posiada niemal kompletną kolekcję zielonogórskich papierowych pieniędzy zastępczych.