Broń, uzbrojenie ochronne, oporządzenie jeździeckie polskie i orientalne, XVII w.
Para pistoletów kapiszonowych z przyborami, batorówka gdańska
Bransoletka z Krzyżem Kawalerskim Virtuti Militari
1. Pułk Ułanów Wielkopolskich, Poznań, 1919
Broń i oporządzenie żołnierza z Kampanii Wrześniowej, 1939
Fragment ekspozycji piętra
Fragment kolekcji lotniczej w ekspozycji stałej

Zbiory Wielkopolskiego Muzeum Wojskowego sięgające kilkudziesięciu tysięcy eksponatów od czasów najdawniejszych aż do WP II Rzeczypospolitej, uległy całkowitej zagładzie i rozproszeniu we wrześniu 1939 r. Część ewakuowana wraz z inwentarzami na wschód, została rozbita i rozgrabiona koło Rawy Ruskiej, a pozostała w Poznaniu rozkradziona i zniszczona przez wkraczające wojsko niemieckie, które zajęło budynek. Jedynym ocalałym obiektem jest fragment panoramy Bitwa pod Piramidami pędzla Wojciecha Kossaka, odnaleziony na początku lat 50. pod Poznaniem.

Po zniszczeniach wojennych zbiory odbudowywano od podstaw. Ich początkiem stały się militaria zgromadzone tuż po wojnie w Muzeum Narodowym w Poznaniu oraz dary (zespołowe i od osób prywatnych) napływające od Polaków z całego świata. W 1958 r. uzyskano wsparcie ówczesnego Instytutu Historycznego Gen. Sikorskiego w Londynie, a także Muzeum Wojska Polskiego w Warszawie, które ze swoich zasobów magazynowych przekazało kilkaset pozycji.

Dziś zbiory obejmujące blisko 40 000 obiektów, gromadzone są w trzech działach merytorycznych: Dziale Broni, Dziale Mundurów i Znaków Wojskowych oraz Dziale Dokumentacji Historycznej. Specjalistyczna biblioteka podręczna liczy 6000 tytułów.

Obecny zbiór broni i uzbrojenia ilustruje ich rozwój na ziemiach polskich od XI w. po czasy współczesne z wyjątkiem sprzętu ciężkiego. Reprezentowane są niemal wszystkie typy broni indywidualnej, białej i palnej. Od neolitycznej broni obuchowej, poprzez miecze jedno i dwuręczne, rapiery, szpady, pałasze, szable wschodnie i polskie oraz sztylety i bagnety. Broń drzewcową reprezentują włócznie, halabardy, partyzany, szpontony, piki i lance. Uzbrojenie ochronne ilustrują hełmy, części zbroi i w zestawach (bechter poznański z 1580 r., zbroje husarskie), kirysy i kaski ciężkiej jazdy XVIII - XIX w. Zgromadzona broń palna to broń odprzodowa i odtylcowa, długa i krótka, powtarzalna i maszynowa, a także broń zespołowa. Od XV w. hakownicy poprzez broń o zamkach lontowych, kołowych, skałkowych, kapiszonowych i różne konstrukcje broni odtylcowej. Zbiór obejmuje także przybory do broni palnej oraz niewielki zespół luf armatnich, armatek wiwatowych i dawnych modeli armat.

Najstarsze obiekty umundurowania dotyczą XVIII w. oraz epoki Księstwa Warszawskiego. W kolekcji oporządzenia końskiego, najstarsze pochodzą z wieku XVII. Chlubę stanowi jedyny w kraju zestaw kurtek wszystkich czterech pułków ułanów wielkopolskich z 1919 r. Bogato reprezentowane są mundury i oporządzenie Polskich Sił Zbrojnych na Zachodzie z okresu II wojny światowej. Występują wszystkie kategorie znaków wojska: sztandary, bandery, flagi, proporce, buńczuki oraz instrumenty sygnałowe wraz z płomieniami i fartuchami. Muzeum posiada także duży zbiór orderów i odznaczeń polskich i obcych, odznak i oznak. Gromadzone są również obiekty używane w wojsku polskim współcześnie.  

Fotografie, to głównie dokumentacja Wojska Polskiego II Rzeczypospolitej i PSZ na Zachodzie. Z wcześniejszych, na uwagę zasługuje duża kolekcja dotycząca Legionów Polskich. Zbiór dokumentów reprezentuje wszystkie ich rodzaje występujące w wojsku. Są to dokumenty osobiste - patenty, dyplomy, legitymacje oraz wytwarzane przez jednostki wojskowe (rozkazy, dzienniki). Ważną i liczną grupę obiektów stanowi biżuteria patriotyczna noszona w dobie utraty niepodległości oraz kolekcja sreber Funduszu Obrony Narodowej. Bogactwo form  widoczne jest w przedmiotach pamiątkowych wykonywanych przez żołnierzy podczas służby i niewoli oraz w obiektach sztuki batalistycznej (malarstwo, grafika, rysunek, rzeźba, medalierstwo).

Obiekty z wszystkich działów tworzą interesujące, zaliczane do najliczniejszych w kraju, kolekcje związane z Powstaniem Wielkopolskim 1918/1919 oraz Polską Marynarką Wojenną.

Skupiając się głównie na historii Wojska Polskiego, muzeum posiada także przedmioty związane z armiami państw ościennych, szczególnie z okresu zaborów.