Dział Archeologii

Dział archeologii liczy obecnie ponad 7 000 eksponatów. Początki zbioru pochodzą jeszcze z okresu międzywojennego, jednak do lat sześćdziesiątych eksponaty archeologiczne pozyskiwano głównie drogą darów i przekazów. W okresie późniejszym Muzeum prowadziło własne badania na kilkunastu stanowiskach archeologicznych w okolicach Piotrkowa. Do najciekawszych należą materiały z cmentarzyska wczesnośredniowiecznego w Lubieniu, cmentarzysk kultury przeworskiej z Kucowa, Mierzyna Grobli i Piasków, cmentarzysk kultury łużyckiej z Broszęcina, Mąkolic i Starej, osad kultury łużyckiej z Łazów Dąbrowy i Trzepnicy Kolonii, osady kultury trzcinieckiej z Wolborza. Część materiałów jest opublikowana w specjalistycznych czasopismach. Aktualnie dział nie posiada wystawy stałej. Poważną bolączką działu jest brak odpowiedniego magazynu, co utrudnia pełne opracowanie i wykorzystanie do działalności muzealnej bogatych materiałów z badań w Piotrkowie Trybunalskim, Sulejowie Podklasztorzu oraz KWB „Bełchatów”.

Dział Etnografii

Znajdują się w nim zabytki  ludowej kultury materialnej z regionu piotrkowskiego. Kolekcja tworzona była od początku XX wieku, a w chwili obecnej zbiór zabytków etnograficznych liczy około 1700 przedmiotów i stale się powiększa.

Najwięcej eksponatów związanych jest z tradycyjną tkaniną i strojem regionalnym, szczególnie z okolic Wolborza. Duży zbiór obejmuje również ceramika z dużego ośrodka garncarskiego w Grocholicach. Muzeum szczyci się bogatym zbiorem tradycyjnych wytworów sztuki ludowej regionu, który obejmuje kolekcje pisanek i wycinanek. W dziale obecne są przedmioty potrzebne do pracy, a więc narzędzia rolnicze, przedmioty pomocne przy obróbce wełny i lnu, przygotowaniu posiłków, czy też zachowaniu higieny.

Dział Historii

Dział ten obejmuje ponad 1500 eksponatów, wśród których znajdują się zbiory ikonograficzne „zdjęcia i pocztówki”, kolekcje fajek i pieczęci, dokumenty i pamiątki rodzin piotrkowskich. Najliczniejsze są przedmioty związane z wojskiem i wyposażeniem żołnierskim. Poza licznymi manierkami, menażkami, pasami żołnierskimi i oficerskimi, hełmami, czapkami i mundurami w dziale występują prawdziwe „perełki”: kurtka mundurowa II Pułku Strzelców Konnych Królestwa Kongresowego, kurtka i płaszcz grenadiera gwardii Królestwa Kongresowego, kurtka 8 pułku huzarów wojsk rosyjskich, kurtka mundurowa II Pułku Ułanów Legionów Polskich. W kolekcji piotrkowskiego muzeum znajduje się liczna kolekcja sztandarów z Piotrkowa i regionu piotrkowskiego, a wśród nich: sztandar Towarzystwa Gimnastycznego „Sokół” w Piotrkowie, szkolny Gimnazjum Kupieckiego w Piotrkowie, Związku POW w Piotrkowie, Związku Legionistów w Piotrkowie oraz sztandar Związku Byłych Ochotników Armii Polskiej.

Uzupełnieniem do różnych wystaw są przedmioty związane z wydarzeniami odbywającymi się w Piotrkowie w XIX i XX wieku: biżuteria patriotyczna, chorągiewki i kokardki z obchodów rocznicy Powstania Styczniowego oraz święta 3 Maja (z okresu I wojny światowej), pamiętniki, znaczki i notatniki.

W dziale tym znajdują się również zbiory kartograficzne, m.in. mapa pocztowa Królestwa Polskiego I. Zinberga z 1875r., mapa Guberni Piotrkowskiej z 1909 r., mapa J. Bazewicza z początku XX w., mapa okolic Piotrkowa z zaznaczeniem rozmieszczenia oddziałów z okresu I wojny światowej, mapa niemiecka świata z 1941 roku (jeszcze przed napaścią na Związek Radziecki), mapa powiatu piotrkowskiego wykonana przez partyzantów podczas II wojny światowej.

Kolejnym rodzajem zabytków znajdujących się w dziale historii są dyplomy cechowe, świadectwa i listy pochwalne z XIX i początku XX w. Tego typu przedmioty często wchodzą w skład większych zbiorów po znanych rodzinach piotrkowskich. W dziale znajdują się zbiory dokumentów m.in. rodziny Ładnowskich, Podmunickich, Gnypów, Łuniewskich i Brzozowskich, Kaniewskich, Kurnikowskich, Giermaków, Krysiaków.

Dział Militariów

Dział ten obejmuje ponad 420 eksponatów, które można podzielić na trzy główne grupy: broń palna, broń biała i inne zabytki.

Do broni palnej można zaliczyć 214 przedmiotów, wśród których są egzemplarze broni maszynowej, ręcznej, pistolety, moździerze i armaty.
Z ciekawszych zabytków należy wymienić: karabinek Lorenc II wz. 1854 z bagnetem, karabin skałkowy Dreyse wz. 1865, karabin Dreyse wz. 1862 z bagnetem, karabin Werndl-Holub wz. 1867/77, karabin Kropatschek wz. 1878, karabin Lebel wz. 1886, karabin Berthier wz. 16, karabin Arisaka wz. 38, karabin powtarzalny SWT wz. 38, karabin Lee Enfield Mk III, karabin Walther wz. 43, pistolet maszynowy Bergmann wz. 18/1, pistolet maszynowy Lanchester Mk I, pistolet maszynowy Thompson wz. 28, rewolwer Nagant wz. 95, pistolet Dreyse wz. 1907, pistolet Steyr wz. 1909, pistolet Vis wz. 35, pistolet Walther wz. 38, moździerz radziecki wz. 43 kal. 82 mm, moździerz radziecki wz. 43 kal. 120 mm, rkm ZB-30, ckm Goriunow wz. SG-43.

Spośród 165 sztuk broni białej znajdujących się w dziale militariów ogromną większość stanowią bagnety. Poza nimi w zbiorach występują szable, miecze, kopie mieczy, kosy bojowe, kordelasy, sztylety i lance. Najciekawszymi eksponatami są: miecz z przełomu XIV i XV wieku znaleziony na wydmach pod Wolborzem, miecze katowskie z XVII w. przekazane do Oddziału Piotrkowskiego Towarzystwa Krajoznawczego w 1916 roku przez Magistrat Miasta Piotrkowa, szabla angielska wz. 1796, szabla wz. 1811, szable francuskie wz. 1822, szabla austriacka wz. M 1836, tasaki artyleryjskie wz. 1862, szabla pruska wz. 1867, szabla austriacka wz. 1869, pałasz francuski wz. M 1889, szable polskie wz. 17, 21, 34.

Pozostałe zabytki z działu militariów reprezentowane są przez zbroje (kopie), kamienne i spiżowe kule armatnie, łódki z nabojami i pociski, łuski armatnie, granaty, skrzynki amunicyjne i kurki do broni.

Dział Oświatowy

Podczas zajęć muzealnych uczestnicy mogą zapoznać się z charakterem wnętrz zamkowych, obserwować przemiany stylów, poznać techniki artystyczne oraz wybrane zagadnienia z historii miasta i regionu. W trakcie spotkań realizowane są treści programowe z historii, języka polskiego, wiedzy o kulturze i plastyki.

Dział Sztuki

Zbiory działu sztuki muzeum piotrkowskiego liczą ogółem 1230 eksponatów. Są to: obrazy, rzeźby i rzemiosło artystyczne. Największa i najcenniejsza jest kolekcja malarstwa portretowego XVIII i XIX wieku licząca 90 obrazów. Warte uwagi są również: relikwiarz i rzeźby gotyckie z XV wieku związane z opactwem cystersów w Sulejowie, a także XVIII wieczny obraz alegoryczny tzw. Piotrcovia, związany z Collegium Jezuickim w Piotrkowie Trybunalskim oraz XVIII wieczne pasy kontuszowe i tzw. tkaniny buczackie z XIX wieku. Najciekawsze eksponaty działu sztuki znajdują się na wystawach stałych Zamku. Na wystawach stałych oprócz eksponatów własnych prezentowane są również meble i obrazy będące depozytami Muzeum Narodowego w Krakowie i Warszawie.