Gromadzona od 1973 roku kolekcja liczy ponad 1000 obiektów i jest zaliczana do najcenniejszych na świecie. Światowej klasy obiekty obejmują zabytki z porcelany, złota, srebra, szkła, drewna, kości, kwarcu czy macicy perłowej. Najcenniejsze solniczki pozyskano drogą zakupów na międzynarodowych targach sztuki TEFAF w Maastricht.
Bardzo charakterystyczne dla podziemnego Muzeum są obrazy Alfonsa Długosza ilustrujące dawne prace górnicze. Są to swego rodzaju prototypy multimediów, bo w założeniu sprzed 60 laty obrazy miały ilustrować zastosowanie skomplikowanych maszyn oraz wizualizować prace górnicze. W ekspozycji Muzeum w kopalni soli znajdują się 22 tego rodzaju obrazy.
To największa w Polsce kolekcja prac Władysława Skoczylasa, która obejmuje niezwykle cenny zespół ponad trzystu rysunków, w tym szkice i studia do popularnych później drzeworytów. Artysta urodził się w Wieliczce w rodzinie od pokoleń związanej z kopalnią soli.
Należy do nich, jedyna tego typu w Europie, kolekcja dawnych maszyn wyciągowych, tzw. kieratów.
Okazy geologiczne do obecnych zbiorów rozpoczęto gromadzić jeszcze przed oficjalnym otwarciem Muzeum. Według aktualnego inwentarza liczba okazów znacznie przekracza tysiąc sztuk.
Zbiory sztuki i etnografii obejmują malarstwo, rzeźbę, grafikę, numizmaty, wyroby rzemiosła artystycznego i ludowego oraz inne obiekty związane z historią górnictwa i kulturą górniczą, a w szczególności zabytki pochodzące z dawnych kaplic podziemnych, gromadzone stopniowo dzięki prowadzonej penetracji i inwentaryzacji kopalni.
Zbiór kartograficzny obejmuje mapy i plany z XVII – XX w., w większości związane z kopalnią soli w Wieliczce. Niewielka część dotyczy kopalni w Bochni.
Muzealna kolekcja fotografii ma w swoich zasobach zdjęcia wykonane m.in przez Awita Szuberta (autor najstarszych zdjęć wielickiej kopalni z 1892 r.), Jana Czerneckiego, Władysława Gargula, Stanisława Muchę, Henryka Poddębskiego oraz Alfonsa Długosza.
Jan Czernecki swoją przygodę z tajemnicami kopalni wielickiej rozpoczął już pod koniec XIX wieku. W latach 1908-1910 na zlecenie władz salinarnych wykonał ponad kilkadziesiąt fotografii dokumentujących majątek nieruchomy Saliny Wielickiej. Przechowywane dziś w Muzeum 53 fotografie nieustannie urzekają i skłaniają do refleksji nad przeszłością i przemijającym czasem.