Одним из источников поступления в Коломенское стал Государственный музейный фонд, сформированный в 1918 году за счет предметов искусства, реквизированных у частных лиц, из особняков, церквей, монастырей, а затем распределявшихся по музеям.

В дальнейшем фонд Музея пополнялся за счет целенаправленной закупочной деятельности, передач из архитектурно-реставрационных организаций, за счет археологических раскопок на территории Коломенского и, по-прежнему, даров частных лиц.

Фонд музея «Коломенское» имеет уникальные по отечественным меркам условия хранения, размещаясь в первом в России специализированном здании, построенном в 1980 году.

Коллекция древнерусской живописи музея-заповедника содержит уникальное собрание русских икон XVI–XIX веков. Его большую часть составляют памятники, поступившие из разрушенных в 20–30-е годы XX века монастырей и храмов Москвы и Подмосковья. Основу коллекции заложил первый директор музея-заповедника, архитектор-реставратор П.Д. Барановский.

Одной из наиболее ценных частей собрания являются иконы ХVI – ХVIII веков, переданные в музей в 1939 году из упраздненного Соловецкого монастыря.

Великолепными образцами древнерусской живописи XVI века являются иконы «Богоматерь Гора Нерукосечная» и «Богоматерь Купина Неопалимая» – произведения высочайшего художественного уровня и глубокого символического содержания.

Икона «Успение Богоматери» первой трети XVII столетия, принадлежащая кисти известного царского иконописца Назария Истомина Савина, выполнена в характерной для него изысканной художественной и колористической манере. В XVIII веке на поля иконы был набит серебряный оклад в стиле «рококо».

Из местного ряда соловецкого Спасо-Преображенского собора происходит и хранящаяся в музее икона «Символ веры» конца XVII века. В 16 сценах на иконе иллюстрируется текст Символа веры – краткого изложения догматов Православия, а также отражены ключевые моменты священной истории, начиная с сотворения человека и заканчивая Страшным судом. Икона уникальна по иконографии и художественному исполнению.

Ценными экспонатами музея являются три иконы «Деисуса», происходящие из знаменитого деревянного дворца XVII века в Коломенском.

Центральная икона комплекса – «Спас Эммануил» – представляет Отрока-Христа, восседающего на престоле, к ногам которого припадают святые Артемон и Евдокия. Это патрональные святые заказчиков иконы – Артамона Сергеевича Матвеева и его супруги. Боярин А.С. Матвеев (1625–1682) – видный государственный деятель, дипломат, играл значительную роль при дворе царя Алексея Михайловича в последние годы его правления.

В собрании музея хранятся иконы, написанные прославленными царскими изографами во второй половине – конце XVII столетия. Среди них «Троица Ветхозаветная» 1677 года письма Симона Ушакова и Никиты Павловца, «Святитель Николай Чудотворец» 1677 года Федора Зубова, «Богоматерь Тихвинская со сказанием» 1697 года Кирилла Уланова.

Особую коллекцию музея-заповедника составляют иконы ХVI – ХIХ веков с изображением древнерусской архитектуры. Это образы русских святых на фоне основанных ими монастырей и храмов, а также городов, в которых они прославились.

Икона «Св. Всеволод-Гавриил, князь псковский» XVI века представляет святого с «моделью» Троицкого собора в Пскове, построенного князем в 1137 году. Образы Алексия митрополита Московского на фоне Московского Кремля, преподобных Нила Столбенского, Иосифа Волоцкого, Пафнутия Боровского, Александра Ошевенского дают богатый материал для воссоздания древнего облика Москвы и Новгорода, Архангельска и Великого Устюга, древнерусских монастырей – Волоколамского, Унженского, Соловецкого, Ниловой пустыни и многих других. Такие изображения являются уникальными источниками по истории русской средневековой архитектуры.

Сектор «Археология» музея – один из наиболее крупных. В нем насчитывается более 60 тысяч предметов, датируемых от каменного века до нового времени.

Первые археологические материалы были получены музеем в 1935 году в результате раскопок К.Я. Виноградова на месте деревянного дворца Алексея Михайловича, на Дьяковом городище и в Тульском кремле. В дальнейшем пополнение коллекции шло по тем же направлениям: в музей поступали материалы раскопок памятников на территории заповедника, проводимые под руководством Л.А. Беляева, М.А. Фролова, Ю.А. Лихтер, Н.А. Кренке, А.Г. Векслера, и материалы с других территорий, переданные сотрудниками музея и Института археологии Российской Академии наук. Так, в коллекции музея находятся материалы из раскопок городища Селитренное (Сарай-Бату), курганной группы Берлюки в Московской области, Свято-Данилова монастыря, Тверского бульвара Москвы, Карийского городища, окрестностей Коломенского.

Основу археологического собрания составляют находки на территории сел Коломенское и Дьяково и близлежащих территорий. Данные археологических исследований указывают на раннее освоение исследуемой местности, начиная с эпохи неолита (Дьяковская неолитическая стоянка, территория селища Дьяково-пойма – конец IV – начало III тыс. до н. э.). Среди находок: кремневые наконечники дротика, наконечники стрел, скребки, нуклеусы, ножевидные пластины, проколки, фрагменты керамики.

К раннему железному веку относится ряд памятников археологии (Дьяково городище, Чертов городок, селище «Выгон», Дьяково-пойма, Голосов овраг, Дьяково-южное). Памятники были оставлены носителями дьяковской археологической культуры, одной из интереснейших культур этого периода на территории нашей страны.

К культурным атрибутам относятся характерные глиняные грузики дьякова типа, ювелирные украшения, костяные и железные наконечники стрел, керамика, культовые предметы. Предметы мелкой глиняной пластики носят ритуально-сакральный характер: геометрические фигуры, антропоморфные изображения и композиции на грузиках дьякова типа, сакральные знаки на глиняных табличках – плакетках, женские глиняные статуэтки.

В археологической коллекции музея широко представлен и материал из раскопок славянских селищ X–XIII веков (селище к востоку от Водовзводной башни, славянское поселение на Дьяковом городище, селище Дьяково-пойма, поселение на территории Свято-Данилова монастыря): круговая керамика, орнаментированная «колесиком» и гребенчатым штампом, височные кольца, крестопрорезные бронзовые бубенчики, стеклянные женские украшения, шиферные пряслица.

Наименее археологически изучено время существования в XIV – начале XVI века царского двора на месте церкви Вознесения. Найденные в результате работ остатки жилищ и вошедшие в коллекцию средневековая красноглиняная керамика, монеты, шпора, фрагменты китайской и ордынской керамики проливают свет на великокняжеский период истории Коломенского.

В XIII – начале XVI века на нынешней Вознесенской площади, к востоку от Полковничьих палат XVII века было расположено кладбище села Коломенского. Археологи изучили около 200 погребений. В собрание музея поступили четыре белокаменных надгробия, нательный крест, сосуды для елея, монета «пуло тверское», керамические поливные плитки пола. Изучение некрополя позволило судить о численности населения, проживающего в селе, об особенностях погребального обряда в раннемосковское время, половозрастной и социальной характеристике погребенных.