Le musée conserve également dans ses réserves bien d'autres collections (histoire naturelle, art décoratif, beaux arts, numismatique...) qui sont présentées lors d'expositions temporaires et permettent à des chercheurs de mener à bien leurs études.
Les collections du musée regroupent quelques 20 000 objets et oeuvres d'art. Cette collection a été patiemment constituée grâce à des dons, des legs, des achats mais aussi des dépôts d'autres musées (comme le musée du Louvre ou le musée d'Orsay).
Le parcours de visite s’articule autour des thématiques suivantes :
Longtemps conservées en réserve, les collections égyptiennes du musée Anne-de-Beaujeu, ont fait l'objet d'une importante campagne de restauration au Centre de recherche et de restauration des musées de France afin de pouvoir de nouveau être présentées au public dans une salle spécialement conçue pour elle.
Ces collections sont composées de momies, cercueils, cartonnages, amulettes, oushebtis et céramiques. Provenant de collections privées, elles ont été acquises par achats ou dons au 19e siècle et au début du 20e siècle.
Cet espace présente également des céramiques gréco-romaines issues de la Collection Campana. Giampietro Campana (Rome, 1818 – id., 1880) est un aristocrate italien connu pour avoir réuni une formidable collection d'objets d'art de toutes époques mais principalement d'objets d'art antique. Elle fut vendue et dispersée dans différents pays d'Europe. La partie la plus importante de cette collection fut achetée par la France en 1861 sur l'intervention personnelle de l'empereur Napoléon III et partagée entre le musée du Louvre et de nombreux musées de province. Le musée de Moulins bénéficia de deux envois, en 1863 et en 1875.
Le fonds archéologique représente plus de 60 % des collections. Il est essentiellement issu de découvertes régionales du 19e siècle. Constituée d'objets datant du paléolithique à l'époque gallo-romaine, la collection comporte des pièces remarquables de l'Allier :
Les sites de production, le long de la rivière Allier (sites de Villeneuve-sur-Allier, Yzeure, Toulon-sur-Allier, Vichy...), ont été fouillés dès le 19e siècle. Le musée conserve la deuxième collection au monde par le nombre de pièces après le musée d'Archéologie nationale à Saint-Germain-en-Laye.
Une maquette traduisant la grandeur du château tel qu'il était vers 1500, des portraits de plusieurs ducs (dépôt du château de Versailles), de toutes nouvelles acquisitions, des vestiges décoratifs de plusieurs hauts-lieux comme les châteaux de Moulins et de Bourbon-l'Archambault ainsi que de la prieurale de Souvigny, permettent une première découverte de la formidable ascension de la famille de Bourbon.
À la fin du 15e siècle et au début du 16e siècle, les ducs de Bourbon, notamment Pierre de Bourbon et Anne de France ont été de grands mécènes. Les grands chantiers qu'ils entreprirent sur l'ensemble de leur territoire attirèrent architectes, peintres, sculpteurs, vitraillistes. Un espace est donc consacré à cet art de la cour bourbonnaise. Il présente notamment :
Le musée possède une rare collection de peintures germaniques et flamandes (panneaux de retables peints de scènes bibliques, portraits)...
… ainsi que des sculptures :
Moulins fut un centre faïencier de premier ordre au 18e siècle. Les pièces exposées présentent les différents styles qui jalonnèrent cette production : décors populaires inspirés de la faïence de Nevers, style rocaille, chinoiseries.
La coutellerie ne relevait pas à Moulins d'une industrie utilitaire mais d'un artisanat de luxe. Au 18e siècle, Moulins comptait une cinquantaine de couteliers soumis aux règles des orfèvres. Ces couteaux précieux, en or, nacre et argent, sont présentés dans des étuis en galuchat ou en bois marqueté.
Parmi la riche collection d'art de la seconde moitié du 19e siècle du musée, de grands noms se distinguent : Gérôme, Laurens, Meissonier, Cabanel, Rochegrosse, Henner. Acquises par le musée à une époque où l'art académique était décrié, les oeuvres exposées permettent d'explorer tout un chapitre de l'histoire de l'art en abordant différents genres : la peinture d'histoire, le portrait, le paysage...
La présentation, très dense, rappelle celle des « salons », grandes expositions parisiennes qui dévoilaient au public la production artistique contemporaine.