La colección patrimonial del museo de Antofagasta alcanza las 9.000 mil piezas entre las cuales se encuentran objetos arqueológicos vinculados a culturas prehispánicas costeras, documentos históricos, muestras de minerales y fósiles de la región y elementos etnográficos andinos. A ello deben agregarse aquellos objetos vinculados a la historia salitrera y de la Guerra del Pacífico.

De los documentos iconográficos se destaca una gran colección fotográfica de personajes e instituciones relacionadas con Antofagasta de comienzo del siglo XX, especialmente de los periodos 1900-1950.

El museo posee también una colección arqueológica procedente del Valle de Azapa, Arica y algunos tejidos policromos de la región.

En los últimos años el museo ha visto incrementado su patrimonio, con colecciones del tema salitrero, con fichas para las pulperías, fotografías y diversas herramientas y elementos utilizados en la explotación del salitre.

El detalle de este patrimonio que custodia el Museo de Antofagasta incluyendo imágenes de las colecciones fotográficas, los objetos históricos y piezas arqueológicas se pueden observar en la base de datos creada por la Dibam para la búsqueda de información de colecciones del museo, www.surdoc.cl.