Najcenniejszymi obiektami należącymi do zbiorów Czartoryskich są: Dama z gronostajem Leonarda Da Vinci (ok.1490) – jedyne dzieło tego artysty w Polsce i zarazem wielka rzadkość w skali światowej oraz Krajobraz z miłosiernym Samarytaninem Rembrandta Van Rijn (1638) – jeden z siedmiu samodzielnych olejnych pejzaży tego artysty. Bardzo cennym obrazem jest także Adoracja Dzieciątka Lorenza Lotto (ok.1508) ze zbiorów Muzeum Narodowego w Krakowie. Na szczególną uwagę zasługują portrety: ostatnich Jagiellonów wykonane w warsztacie Łukasza Cranacha Młodszego w połowie XVI wieku, oprawione w XIX wieku w jedną ramę, a także całopostaciowe wizerunki marszałka wielkiego koronnego Łukasza Opalińskiego i Agnieszki z Tęczyńskich Firlejowej. W ekspozycjach stałych znajduje się obecnie ponad 400 obiektów, wybranych ze względu na swoją wysoką rangę artystyczną, bądź znaczenie historyczne.
Zasadniczym trzonem zbioru jest sztuka polska (malarstwo, rzeźba, rysunek, rzemiosło artystyczne). Muzeum posiada jednakże sporo eksponatów zachodnioeuropejskich oraz kolekcję sztuki cerkiewnej. Ponadto w Muzeum znajduje się bardzo cenny zbiór sztuki Dalekiego Wschodu, głównie japońskiej. Prócz dzieł sztuki Muzeum gromadzi zbiory biblioteczne (wśród nich stare druki, rękopisy i kartografię), numizmaty i dawną fotografię. Szczególnym działem jest Pracownia Ikonografii Krakowa, gdzie gromadzone są dawne widoki i zdjęcia Krakowa.
