Фондовые собрания музея-заповедника начинают свою историю с 1837 года. По инициативе губернатора Ивана Семеновича Тимирязева 12 декабря 1837 года был открыт «Губернский музеум», один из старейших провинциальных музеев России. Эту дату и следует считать отправной точкой формирования музейных фондов. В 60-е годы XIX в. из-за отсутствия средств на содержание музея часть экспонатов была передана на хранение в другие учреждения. Новый подъем музейного дела начался в 70-е годы XIX в. и был связан с созданием и деятельностью Петровского общества исследователей Астраханского края, которые возродили музей и пополнили его коллекции.

В 1911 году экспозиции музея, совместно с фондами, разместились во вновь построенном здании городских учреждений (ныне здание Администрации области), в правом крыле которого они находятся и поныне.

На протяжении многих десятилетий пополнялись коллекции музея и на сегодняшний день они составляют около 300 тысяч единиц хранения.

Многочисленна нумизматическая коллекция музея-заповедника, насчитывающая более 45 тыс. предметов. Коллекция многопрофильная, в нее входят собственно монеты, медали, ордена, жетоны, знаки и значки.

Коллекцию монет составляют предметы от древности до современности. Украшением коллекции является клад из золотых европейских монет XVII в. и серебряных русских копеек XVII в.

Памятные и наградные медали, ордена, жетоны, знаки и значки составляют коллекцию, которая состоит из 6 тыс. предметов.

Уникальна коллекция драгметаллов, в которой представлены предметы савромато-сарматского периода, имеющие мировую славу.

Одна из самых крупных коллекций музея-заповедника – коллекция фотографий, насчитывающая более 58 тыс. предметов. В нее входят фотографии, негативы, альбомы с фотографиями, открытки, первоначальное изображение для которых выполнено фотографическим способом.

Самая ранняя фотография датируется 1861г. Уникальны фотографии кон. XIX – нач. ХХ вв. этнографического характера, показывающие рыбодобычу и рыбообработку, солепромыслы, виды города и губернии. В коллекции представлены практически все астраханские фотоателье кон. XIX – нач. ХХ вв., астраханские фотомастера советского периода: М.С.Редькин, Г.П.Поплавский и др.

В коллекцию документов, насчитывающую более 23 тыс. предметов, входят личные архивы и отдельные документы астраханцев, собраны коллекции документов астраханских учреждений, организаций, обществ, предприятий различных отраслей производства и сельского хозяйства.

Самый ранний документ датирован 1703г. – «Рядная запись на строительство иконостаса в Успенском соборе».

Археологическое собрание насчитывает более 35 тыс. предметов и включает в себя предметы от эпохи палеолита до средневековья. Астраханская область богата в археологическом плане, и раскопки курганных групп Кривая Лука, Косика и др. составили уникальную коллекцию керамики, бронзы и предметов из золота и серебра савромато-сарматского времени. Великолепная золотоордынская керамика Селитренного городища, где находилась столица Золотой Орды г. Сарай-Бату, является украшением археологической коллекции.

Многогранна этнографическая коллекция музея, предметы которой характеризуют материальную культуру русских, татар, казахов, калмыков и других народов края. Она насчитывает более 20 тыс. предметов, включающих в себя орудия лова, инвентарь для обработки рыбы, сельскохозяйственные орудия, инструменты, одежду, домашнюю утварь, посуду, декоративный фарфор, осветительные приборы и многое другое.

Фрагмент выставки  "400 лет Астраханской епархии"

Обширна и разнообразна коллекция предметов по истории и культуре калмыцкого народа, состоящая из буддистских икон-дарцигов, одеяний священнослужителей, бурханов, повседневной и праздничной одежды, посуды, емкостей из кожи, ювелирных украшений.

В коллекцию живописи и графики вошли работы астраханских художников П.А. Власова, Н.И. Доливо-Добровольского, И.С. Горюшкина-Сорокопудова, В.С. Жаркова-Волжского, современных авторов – С.Г. Дьякова, Ш.А. Такташева, В.Н. Шолоха и других.

Коллекция скульптур представлена работами астраханских скульпторов В. Сафронова, Г. Спиридонова, А. Авдеевой.

В коллекцию изделий прикладного искусства вошли изделия известного астраханского предприятия «Каспийские умельцы» и отдельных мастеров-прикладников. Небольшая по количеству коллекция разнообразна по технике и используемым материалам: дерево, металл, глина, чакан (рогоз), лоза, бисер, шерсть, кость.

Коллекция мебели представлена предметами XIX-ХХ вв., в нее вошли уникальные предметы резной мебели, в том числе набор мебели астраханского губернатора.

Естественнонаучная коллекция, насчитывающая более 16 тыс. предметов, состоит из минералогических, ботанических, зоологических и палеонтологических коллекций. Начало коллекции было заложено в середине XIX в. еще членами Петровского общества и входила в основную экспозицию созданного тогда Астраханского губернского музея. В формировании орнитологической коллекции принимали участие такие известные исторические личности как В.А. Хлебников, отец В. Хлебниковой и В. Хлебникова, В.В. Добросмыслов, а флористических коллекций С.И. Коржинский, профессор Петербургской Академии наук, С.Ю. Шембель, заведующий станцией защиты растений Астраханской губернии, А.А. Яната, профессор ботаники.

Уникальна по своему составу палеонтологическая коллекция музея-заповедника, в которую вошли предметы триасового (фрагменты костей и отпечатки лабиринтодонтов), юрского (раковины моллюсков неринея салиненсис),  мелового (морские ежи, аммониты, белемниты) периодов и хазарской фауны четвертичного периода (фрагменты скелетов гигантского оленя, носорога, бизона, мамонта). На основе данной коллекции создана выставка, на которой в натуральную величину представлен скелет мамонта (хазарского степного трогонтериевого слона), возраст которого 250-300 тыс. лет. Основные палеонтологические находки, в том числе и скелет мамонта, найдены на территории Астраханской области, вблизи с. Черный Яр.

Коллекция оружия и вооружения, представлена доспехами XVIII в., холодным и огнестрельным оружием XIX - ХХ вв.

В коллекцию редкой книги, насчитывающей более 17 тыс. предметов, вошли  рукописные книги, издания кирилловского шрифта, старопечатные издания, издания на древних (идиш, фарси) и европейских языках. Хронологические рамки коллекции от 1528г. до современности.

Коллекция бумажных денежных знаков включает в себя ассигнации, кредитные билеты; уникальна часть коллекции, содержащая бонны периода гражданской войны почти всех регионов страны. Хронологические рамки коллекции от 1808 г. по 1990-е гг.

Коллекция печатных изданий, насчитывающих более 50 тыс. предметов, включает в себя уникальные плакаты периода гражданской войны, плакаты советского периода, листовки, театральные афиши, газеты дореволюционные и советские, рекламы предприятий, каталоги, приглашения, открытки, планы, карты города, Волги, Каспийского моря.

Коллекция почтовых марок и почтовых конвертов скомплектована по следующим темам: «Космос», «В.И.Ленин», «Фауна и флора Астраханской области», «Почтовая связь».

Модель тюленебойного судна из фондов Астраханского музея-заповедника

Коллекция предметов истории техники включает в себя предметы со второй половины XIX в. до современности: музыкальные аппараты, фотоаппараты, радиоприемники, телевизоры и др. технику. Обширна и разнообразна коллекция кино-фоно-видеоматериалов музея-заповедника. Она включает в себя собрание пластинок (каллиопы, патефонов, граммофонов и т.д.), кино- и видеоматериалов, а также собрание современных фононосителей.

Многоплановая коллекция музея-заповедника является неиссякаемым источником для изучения и показа истории Астраханского края в контексте истории страны: через музейные предметы прослеживаются общественные отношения, экономика и культура нашего многонационального края.