Собрание ЦВММ насчитывает свыше 650000 музейных предметов, объединенных для хранения в 9 фондови систематизированных в составе 63 коллекций самых разнообразных по материалу изготовления, состоянию сохранности, своим размерам и габаритам. В их числе:
более 13000 моделей кораблей, образцов штурманского, гидрографического и водолазного имущества, предметов сигнализации, связи и морской практики; почти 12000 единиц холодного, огнестрельного оружия, а также образцов вооружения и военной техники; свыше 47000 произведений изобразительного искусства, в том числе предметы живописи, графики; более 43000 предметов обмундирования, знамен, нагрудных знаков, предметов фалеристики, нумизматики и бонистики, а также предметы мебели; более 45000 уникальных рукописей и печатных изданий, наградных и личных документов выдающихся флотоводцев и военачальников ВМФ СССР и РФ; почти 8000 Государственных наград и документов к ним; более 1300предметов Историко-мемориального зала им А.С.Попова; около 22000 фотографий, негативов выдающихся флотоводцев и военачальников ФМФ СССР и Российской Федерации, портретов кораблей и событий боевой и повседневной деятельности Военно-морского флота СССР и России; почти 19000 уникальных чертежей и документации проектов кораблей.