Posiada wydzielone działy archeologiczny, ikonograficzny, historyczny, konserwatorski oraz galerię autorską Zdzisława Beksińskiego. Poza główną siedzibą usytuowaną w gmachu przy ul. Zamkowej, częściami muzeum są Zamek Królewski w Sanoku oraz Zajazd na terenie parku zamkowego. Do najcenniejszych zbiorów muzeum należy ponad 200 ocalałych ikon karpackich pochodzących z terenów historycznej ziemi sanockiej datowanych na okres od XVI do XX wieku, kolekcja ceramiki pokuckiej oraz kilkaset obrazów w tym dzieła m.in. takich autorów jak ; Jana Wacława Zawadowskiego, Wacława Żaboklickiego, Ludwika Lille, Józefa Pankiewicza, Hanny Rudzkiej-Cybisowej i Jana Cybisa, Olgi Boznańskiej i Tadeusza Makowskiego, Jana Ekierta, Józefa Jaremy, Marii Sperling, Leona Getza i Marian Kruczek. Muzeum posiada również numizmaty, militaria oraz bogaty zbiór tłoków pieczętnych od XIX do XX w. Archiwum gromadzi dokumenty, fotografie i afisze ukazujące przede wszystkim historię Sanoka i ziemi sanockiej.
W swoich zzbiorach muzeum posiada polskie uzbrojenie ochronne reprezentuje kolczuga, siedem napierśników husarskich i trzy szyszaki pochodzące z miejscowości Siedliszcza k/Chełma Lubelskiegoszystkim zbroje, broń biała prezentowana jest przez broń sieczną pochodzącą z różnych okresów i krajów. Szczególną urodą wyróżnia się tu szabla turecka z XVIII w. z pięknie zdobioną głownią i rękojeścią pokrytą wykładziną rogową, broń palna. Najstarszym egzemplarzem jest lufa armaty z XVI (?) w. Są też moździerze, tzw. "wiwatówki", z których podczas uroczystości kościelnych oddawano salwy.
