Експонати музею зібрано завдяки його співробітникам. Кілька поколінь збирало і зберігало старовинні документи, різні астрономічні інструменти, предмети образотворчого мистецтва, книги, журнали, газетні вирізки. На сьогодні фонд музею налічує понад 150 експонатів, що розмістилися в трьох павільйонах. Найцікавішою є колекція астрономічних годинників XVIII-XX століть, сконструйованих геніальними європейськими та вітчизняними майстрами. Також експозицію доповнюють різні хронометри, астрономічний будильник та інші не менш цікаві астрономічні пристрої. До музейної колекції входять і наукові праці співробітників обсерваторії, де описано важливі відкриття і подробиці наукової та практичної діяльності.