История формирования музейных коллекций напрямую связана с историей региона. На протяжении 80-ти лет музей – ровесник Калининградской области – является собирателем и хранителем культурных и исторических ценностей, отражающих историю края и дающих представление о сложном характере социально-экономических и общественно-политических процессов, проходивших на этой территории. Первыми поступлениями в фонды историко-художественного музея стали образцы продукции промышленных предприятий вновь образованной области, находки археологической экспедиции, ювелирные изделия Калининградского янтарного комбината, случайные находки жителей области, относящиеся к довоенной истории края. В настоящее время музейное собрание насчитывает около 170 тыс. предметов. В количественном отношении наиболее значимыми коллекциями являются   коллекции документов и фотоматериалов (43 тыс. и 47 тыс. предметов), в которых нашли отражение история становления Калининградской области, героизм советских воинов - участников Восточно-Прусской операции и штурма Кёнигсберга, события Первой мировой войны. Археологическая коллекция музея (более 38 тыс. предметов) имеет европейскую известность и ежегодно пополняется находками по результатам экспедиций, организуемых Институтом археологии РАН. Своеобразие прошлого Калининградской области проявилось в формировании историко-бытовой коллекции музея (более 9 тыс. предметов). В ней представлены предметы, характеризующие послевоенный быт первых переселенцев, образцы продукции промышленных предприятий, личные вещи известных людей. Материальным воплощением истории края является нумизматическая коллекция музея (более 13 тыс. предметов). Монеты и денежные знаки наиболее ярко иллюстрируют многовековую, богатую событиями политическую и экономическую жизнь этого региона. Интересно и многопланово художественное собрание музея (около 10 тыс. единиц), которое включает в себя и тематическую коллекцию «Гофманиана», и коллекцию янтарных изделий, и коллекцию произведений калининградских авторов под общим названием «Наш город». Характеристику природных объектов области дает естественно-научная коллекция (более 5 тыс. предметов), которая состоит из редкой по исполнению и насыщенности таксидермической коллекции,  собрания минералов и гербарного материала. Помимо тематических в фондах КОИХМ хранятся систематические коллекции, имеющие большое научное значение. Это предметы из собрания Кёнигсбергского палеонтологического музея и археологической коллекции музея «Пруссия», судьба которых не менее интересна, чем сами объекты исследования. Фондовые коллекции Калининградского историко-художественного музея доступны онлайн. Электронный каталог содержит регулярно обновляемую базу данных, удобную поисковую систему и рубрикатор.