Zbiory Wielkopolskiego Muzeum Wojskowego sięgające kilkudziesięciu tysięcy eksponatów od czasów najdawniejszych aż do WP II Rzeczypospolitej, w tym znakomity zbiór dotyczący Powstania Wielkopolskiego, uległy całkowitej zagładzie i rozproszeniu we wrześniu 1939 r. Część ewakuowana wraz z inwentarzami na wschód, została rozbita i rozgrabiona koło Rawy Ruskiej, a pozostała w Poznaniu rozkradziona i zniszczona przez wkraczające wojsko niemieckie, które zajęło budynek. Jedynym prezentowanym obecnie obiektem ocalałym sprzed wojny, jest fragment panoramy "Bitwa pod Piramidami" pędzla Wojciecha Kossaka, odnaleziony na początku lat 50. pod Poznaniem.
Dziś zbiory obejmujące blisko 40. tysięcy obiektów, gromadzone są w trzech działach merytorycznych: Dziale Broni, Dziale Mundurów i Znaków Wojskowych oraz Dziale Dokumentacji Historycznej. Specjalistyczna, licząca 6000 tytułów biblioteka podręczna, najpoważniejszy tego typu zbiór w Wielkopolsce, jest częścią Biblioteki Głównej MNP. Muzeum dysponuje także własną Pracownią Konserwacji Militariów.
Początkiem zbiorów, które po zniszczeniach wojennych odbudowano od podstaw, stały się militaria zgromadzone tuż po wojnie w macierzystej instytucji oraz dary, zarówno zespołowe jak i osób prywatnych, napływające od Polaków z całego świata. W 1958 r. uzyskano wsparcie ówczesnego Instytutu Historycznego Gen. Sikorskiego w Londynie, a także Muzeum Wojska Polskiego w Warszawie, które ze swoich zasobów magazynowych przekazało kilkaset pozycji, częściowo wykorzystanych do przygotowanej w 1963 wystawy stałej.
Obecny zbiór broni i uzbrojenia ilustruje ich rozwój na ziemiach polskich od XI w. po czasy współczesne z wyjątkiem sprzętu ciężkiego, nie gromadzonego ze względu na brak miejsca (w Poznaniu istnieją dwie placówki muzealne eksponujące wozy pancerne, pojazdy wojskowe i samoloty - Muzeum Broni Pancernej w dawnej Wyższej Szkole Oficerskiej im. Stefana Czarnieckiego i Muzeum na Cytadeli). Reprezentowane są niemal wszystkie typy broni indywidualnej, białej i palnej. Od neolitycznej broni obuchowej, poprzez miecze jedno i dwuręczne, rapiery, szpady, pałasze, szable wschodnie i polskie w tym karabele i tzw. pałasze husarskie, szable, szpady i pałasze francuskie, pruskie i rosyjskie, po szable i pałasze marynarki i wojska oraz sztylety i bagnety. Broń drzewcową reprezentują włócznie, halabardy, partyzany, szpontony, piki i lance. Zgromadzona broń palna to broń odprzodowa i odtylcowa, długa i krótka, powtarzalna i maszynowa, a także broń zespołowa. Od XV w. hakownicy poprzez broń o zamkach lontowych, kołowych, skałkowych, kapiszonowych i różne konstrukcje broni odtylcowej. Zbiór obejmuje także przybory do broni palnej oraz niewielki zespół luf armatnich, armatek wiwatowych i dawnych modeli.
Najstarsze obiekty umundurowania dotyczą XVIII w. (kapelusze i buty jazdy ciężkiej) oraz epoki Ks. Warszawskiego (czapki). Najliczniej reprezentowane są mundury jazdy polskiej już z odrodzonego Wojska Polskiego. Znajduje się tu jedyny w kraju zestaw kurtek wszystkich czterech pułków ułanów wielkopolskich z 1919 r. Najstarsze oporządzenie końskie (siodła, rząd, czapraki, ogłowia, munsztuki, strzemiona) pochodzi z wieku XVII. Do znaków wojska zaliczane są sztandary, bandery, flagi, proporce, buńczuki oraz instrumenty sygnałowe - trąbki, fanfary, kotły wraz z płomieniami i fartuchami do tych instrumentów (wszystkie kategorie reprezentowane w zbiorach). Muzeum posiada także duży zbiór odznaczeń i orderów polskich i obcych, odznak i oznak.
Zgromadzone fotografie, to głównie dokumentacja WP II Rzeczypospolitej i PSZ na Zachodzie. Z wcześniejszych, w muzeum znajduje się duża kolekcja dotycząca Legionów Polskich. Zbiór dokumentów reprezentuje wszystkie ich rodzaje występujące w wojsku. Są to w większości dokumenty osobiste - patenty, dyplomy, legitymacje, ale i wytwarzane przez jednostki wojskowe (rozkazy, dzienniki). Gromadzone są również przedmioty pamiątkowe wykonywane przez żołnierzy podczas służby lub wojen i niewoli, obiekty sztuki batalistycznej - malarstwo, grafika, rysunek, rzeźba, medalierstwo. Ograniczając swoje zbiory głównie do historii Wojska Polskiego, muzeum posiada jednak także przedmioty związane z armiami państw ościennych (z okresu zaborów).