В коллекции свыше 14 000 предметов, составляющих тематические группы:
тренажеры и оборудование для наземных предполетных тренировок космонавтов;
предметы, рассказывающие о пути создания систем радиационной безопасности и нормального функционирования живого организма в условиях космического полета, и современные средства жизнеобеспечения: скафандры, специальное полетное снаряжение, медицинские инструменты, оборудование для питания и гигиены космонавтов. Среди них такие уникальные предметы, как скафандр начала 50-х годов для полета собаки в негерметичной кабине геофизической ракеты и разработанный в 1968 г. фантом-манекен для изучения влияния космических лучей на организм человека;
инструменты для ремонтных работ внутри и вне орбитальной станции и оборудование для научных и технологических экспериментов. В их числе «Универсальный ручной инструмент» (УРИ), с помощью которого в 1984 г. впервые в мире была проведена уникальная электронно-лучевая сварка в условиях открытого космоса;
мемориальные вещи тех, кто оставил яркий след в истории космонавтики – Ф.А.Цандера, С.П.Королева, В.П.Глушко, Ю.А.Гагарина, Г.С.Титова, А.А.Леонова и многих других выдающихся ученых, конструкторов, космонавтов;
сувениры и предметы быта с космической символикой.