W zbiorach muzeum znajduje się około 50000 eksponatów, w tym około tysiąc filmów na taśmach celuloidowych i wideo. Na wystawach stałych "Tajemnice planu filmowego" i "Cud ożywionej fotografii" prezentowane są urządzenia związane z rozwojem technologicznym kina (historyczne projektory, kamery, stoły montażowe), plakaty i fotosy filmowe, elementy scenografii i zaaranżowane plany filmowe czy lalki wykorzystywane w animacji. Imponujący jest zbiór aparatów fotograficznych i kamer światowych firm, takich jak: Agfa, Eastman Kodak, Zeiss-Ikon, Pathé i wielu innych. W jednym z pomieszczeń prezentowana jest oryginalna scenografia do filmu Latająca maszyna. W swoich zbiorach muzeum posiada również latarnie magiczne, mutoskop czy jedyną w Polsce oryginalną Panoramę Cesarską, czyli fotoplastikon. Ważnym miejscem muzeum jest otwarta w 2015 ekspozycja poświęcona polskiej animacji „Pałac pełen bajek”.
Muzeum posiada zbiory scenariuszy, scenopisów, korespondencji i dokumentów związanych z powstawaniem filmów. Znaczące są archiwa filmowe Aleksandra Forda i Zbigniewa Rybkowskiego, oraz Andrzeja Wajdy.