W muzealnej kolekcji, na którą składają się zbiory Działu Historii i Działu Sztuki, gromadzone są przedmioty związane z praktykami religijnymi (judaika), zbiory historyczne i archiwalne oraz dzieła sztuki. Odrębną część kolekcji stanowi zdigitalizowany zbiór woluminów, pochodzący z dawnego Żydowskiego Domu Modlitwy w Bytomiu, dostępny w repozytorium Biblioteki Śląskiej w Katowicach (https://www.sbc.org.pl/dlibra/collectiondescription/453).
Kolekcja Działu Historii dokumentuje historię górnośląskich Żydów zamieszkujących Bytom do II wojny światowej oraz ekspatriowanych po jej zakończeniu z Kresów Wschodnich i osiadłych w mieście. W 2017 r. Muzeum otrzymało w darze, od Gminy Żydowskiej w Katowicach, wyposażenie likwidowanej wówczas siedziby Żydowskiego Domu Modlitwy. Obiekty, splatając historię przed- i powojnia w jedną całość, eksponowane są od 2021 r. na wystawie stałej noszącej tytuł „Ślad pokoleń. Od synagogi do Żydowskiego Domu Modlitwy w Bytomiu”. W zbiorach Działu Sztuki znajdują się dzieła wielu wybitnych artystów kręgu kultury żydowskiej, m.in. Maurycego i Leopolda Gottliebów, Romana Kramsztyka, Zygmunta Menkesa, Erny Rosenstein, a także Macieja i Zdzisława Lachurów.