Kolekcja muzealna powstała w oparciu o tworzone na przełomie XIX i XX w. zbiory historyczne Władysława Tarczyńskiego i etnograficzne Anieli Chmielińskiej. Ważne miejsce zajmują zabytki archeologiczne, militaria, narzędzia i wyroby rzemieślnicze, akcesoria cechowe, portrety trumienne, tzw. „czarna biżuteria”, pamiątki z powstań narodowych, eksponaty z I i II wojny światowej, archiwalia, dzieła artystów związanych z ziemią łowicką, w tym Józefa Chełmońskiego, wybitnego malarza urodzonego w Boczkach pod Łowiczem. Muzeum znane jest z bogatej kolekcji sztuki ludowej Księżaków Łowickich, obejmującej rzemiosło wiejskie, stroje, tkaninę, haft regionalny, wycinanki i plastykę dekoracyjną, rzeźbę, przedmioty obrzędowe. Uzupełnieniem zbiorów etnograficznych są zgromadzone w dwóch skansenach przykłady architektury wiejskiej z terenu dawnego Księstwa Łowickiego – budynki mieszkalne i gospodarcze, wiatrak, kościół z dzwonnicą i plebania, pochodzące z II poł. XVIII – I poł. XX w.
W Muzeum mieści się również Izba pamięci Żydów łowickich.