Od powstania do chwili obecnej muzeum przeszło znaczącą transformację. Początkowo prowadzone społecznie, dysponujące niewielkim zbiorem muzealiów, z biegiem czasu przekształciło się w okazałą instytucję która w swoich zasobach posiada ponad 10 tyś. eksponatów. Tak znaczącą kolekcję, której początek dały zebrane przez TMZM archiwalia udało się zgromadzić w głównej mierze dzięki ofiarności społeczeństwa mieleckiego. Ofiarowane przez obywateli miasta i ich spadkobierców materiały, pamiątki i dzieła sztuki dokumentują dzieje miasta i regionu. Zbiory gromadzone są w poszczególnych działach: historycznym, obejmuje on mieleciana czyli eksponaty związane z dziejami Mielca i jego mieszkańców, judaika - przedmioty pozostałe po społeczności żydowskiej, sfragistykę (tłoki pieczętne), militaria czyli zbiór broni, mundurów i sprzętu wojskowego; odznaczenia wojskowe i cywilne oraz numizmaty. Sztuki, dział ten liczy około 700 eksponatów, wśród których znajdują się dzieła: Wojciecha Kossaka, Teodora Aksentowicza, Vlastimila Hoffmana. Dział posiada bogatą galerię sztuki współczesnej, w tym liczny zbiór małych form malarskich: akwareli i grafiki. Archeologicznym, znajduje się w nim niewielka liczba eksponatów z okresu schyłkowego paleolitu i neolitu. Etnograficznym, obejmuje on zbiory szeroko pojętej sztuki ludowej: rzeźbę, płaskorzeźbę, stroje regionalne, naczynia gliniane i ceramiczne, przedmioty codziennego użytku. Fotograficznym, dział ten wyodrębniony został z działu historycznego w 1998r. jego siedzibą jest budynek znajdujący się przy ulicy Jadernych popularnie nazywany Jadernówką. Jego zbiory obejmują fotografie, negatywy, aparaty i sprzęt fotograficzny oraz bibliotekę o tematyce fotograficznej