Colecciones
El museo preserva nueve colecciones de carácter patrimonial, las cuales reúnen más de tres mil objetos protegidos por la Ley de Monumentos Nacionales, las cuales dan cuenta del pasado antropológico, artístico, cultural e histórico, tanto de la Región del Maule como del país. Las colecciones preservadas son las siguientes:
Armas e implementos militares
Reúne objetos desde mediados del siglo XVIII hasta mediados del XX, siendo el grueso de la colección el armamento utilizado en la Guerra del Pacífico (1879-1883).
Arqueología
Conformada en base a investigaciones científicas realizadas en la región desde mediados del siglo XX, y cuyos restos materiales corresponden principalmente a excavaciones hechas en la zona cordillerana y costera del Maule.
Documentos, Manuscritos y Libros Patrimoniales
Preserva material documental escrito, desde fines del siglo XVIII hasta mediados del siglo XX, relacionados principalmente con el período de la Independencia y la ciudad de Talca. Destaca en forma especial el Diploma de la Orden del Sol que le confirió el naciente estado peruano a Bernardo O'Higgins Riquelme.
Esculturas
Basada en gran parte en reproducciones de yeso de obras importantes que se conservan en el Museo Nacional de Bellas Artes. Destaca sin embargo, la original pieza hecha en mármol, Padre Las Casas Amamantado por una India, de José Miguel Blanco.
Fotografías
Colección que reúne imágenes fotográficas y reproducciones tanto regionales, nacionales como extranjeras, desde fines del siglo XIX hasta hoy, destacándose imágenes del Talca de principios del siglo XX.
Grabados y Litografías
Corresponde a una pequeña colección con material patrimonial principalmente del siglo XIX.
Muebles y Objetos
Conformada sustancialmente por elementos patrimoniales del siglo XIX, destacan objetos que pertenecieron a Javiera Carrera, Juan Martínez de Rosas y Carmen Arrigada.
Numismática
Colección dedicada a billetes, medallas y monedas de los siglos XIX y XX.
Pinturas
Corresponde a la colección más importante que preserva el Museo, la cual contiene obras del período clásico de la pintura chilena, que va entre los siglos XIX y mediados del XX, destacándose por su calidad y cantidad, con autores como Burchard, Correa, Espinoza, entre otros pintores.