Lietuvos nacionalinio muziejaus archeologijos rinkinys yra vienas seniausių ir gausiausių muziejuje bei pats didžiausias Lietuvoje. Jame sukaupta per 600 tūkstančių archeologinių radinių, datuojamų nuo XI tūkstantmečio pr. Kr. iki XIX amžiaus. Rinkinį sudaro atskiros eksponatų grupės, kurios skiriamos pagal laikotarpius ir temas.

Seniausi archeologijos eksponatai įtraukti į muziejinę apskaitą dar iš Senienų muziejaus atskirų mecenatų kolekcijų, taip pat XIX a. – XX a. pradžioje vykdytų mokslinių ar mėgėjiškų archeologinių tyrinėjimų. Nuo pokario metų archeologijos rinkinys nuolat pildomas radiniais iš kasmet vykstančių archeologinių tyrimų visoje Lietuvoje. Tyrimus vykdo įvairios institucijos ir tyrėjų grupės, ekspedicijas organizuoja taip pat ir patys muziejaus archeologai.

Keičiantis archeologijos paveldo objekto sampratai, greta Archeologijos skyriaus įsteigtas Viduramžių ir naujųjų laikų archeologijos skyrius.

Archeologijos rinkinio pagrindu 2000 m. Lietuvos nacionaliniame muziejuje atidaryta didelė archeologijos ekspozicija, nušviečianti Lietuvos proistorę nuo seniausių laikų iki XIII amžiaus, t. y. Lietuvos valstybės susidarymo. Archeologiniais eksponatais papildyta ir Lietuvos Didžiosios Kunigaikštystės istorijos bei muziejaus istorinė ekspozicijos. Turtingi rinkiniai leidžia rengti specializuotas parodas tiek pačiame muziejuje, tiek ir užsienyje. Saugomų eksponatų pagrindu publikuojami moksliniai katalogai.

Archeologijos rinkinio studijomis intensyviai naudojasi akademinė ir mokslinė visuomenė.

Rinkiniai: Paleolitas ir Mezolitas, Neolitas, Žalvario amžius, Piliakalniai ir gyvenvietės, Laidojimo paminklai, Vilniaus pilys, Vilniaus miestas, Lietuvos viduramžiai

Istorijos skyriaus rinkiniuose saugoma beveik 300 tūkstančių eksponatų, apimančių laikotarpį nuo Lietuvos valstybės susiformavimo iki šių dienų. Skyriaus rinkinių pagrindą sudaro dar 1855 metais įsteigto Senienų muziejaus eksponatai, atspindėję Lietuvos Didžiosios Kunigaikštystės politinę, socialinę, ekonominę ir kultūros istoriją. XX a. pabaigoje prie muziejaus prijungus Lietuvos valstybės ir Religijų istorijos muziejus, pastarųjų rinkiniai gausiai papildė Istorijos skyriaus kolekcijas. Sukaupta medžiaga eksponuojama teminėse parodose, publikuojama Lietuvos nacionalinio muziejaus leidiniuose.

Rinkiniai: Istoriniai daiktai, Raštija ir kartografija, Tekstilė, Sfragistika, Suvenyrai, Rezistencija, Tremtis, Išeivija.

Lietuvos nacionalinio muziejaus Etninės kultūros skyriuje saugomi didžiausi respublikoje rinkiniai atspindi lietuvių liaudies kultūros etnines ypatybes, valstiečių verslus, amatus, buitį. Šiuo metu kolekciją sudaro apie 80 tūkstančių eksponatų: XVIII a. pabaigos – XX a. pirmos pusės valstiečių tradicinės kultūros objektai, medinės šventųjų skulptūros, memorialinių paminklų viršūnės, namų apyvokos daiktai, susisiekimo priemonės, baldai, darbo įrankiai, valstiečių drabužiai, namudiniai audiniai. Daiktinius rinkinius papildo ikonografinė medžiaga, piešiniai, brėžiniai, fotografijos, etnografiniai aprašai.

Seniausi eksponatai perimti iš Stepono Batoro universiteto Etnografijos muziejaus ir Lietuvių mokslo draugijos. Daug jų surinkta nuo 1949 metų organizuojamose etnografinėse ekspedicijose, nemažai įsigyta iš privačių asmenų. Nuo XX a. vidurio pradėta kaupti geriausi, stipriu ryšiu su tradicija pasižymintys, kūrybiškai tradicinę ornamentiką ir koloritą interpretuojantys tautodailininkų darbai: tautiniai drabužiai, juostos, vestuviniai sodai, pintinės, gintaro, geležies dirbiniai, medžio drožiniai ir dailės kūriniai.

Etnografijos kolekcija skaidoma į teminius rinkinius ir įvairiais būdais pristatoma visuomenei – apie ją skelbiama moksliniuose tyrinėjimuose, rengiamos parodos, publikuojami katalogai, nuo 1991 metų leidžiamas muziejaus metraštis „Etnografija“.

Rinkiniai: Apranga, Baldai, Įrankiai, Namų apyvoka, Paminklinės viršūnės, Skulptūra, Tekstilė, Verslai.

Ikonografijos skyriaus saugyklose saugoma per 550 tūkstančių eksponatų. Tai didžiausias muziejuje lituanistinių rinkinių skyrius, įsteigtas 1993 m. sisteminant Etnografijos ir Istorijos skyriuose sukauptą ikonografinę medžiagą.

Ikonografijos rinkiniai suformuoti Vilniaus senienų muziejaus, Lietuvių mokslo draugijos, Vrublevskių bibliotekos, Vilniaus mokslo bičiulių draugijos, Baltarusių muziejaus kolekcijų pagrindu. Atkūrus Lietuvos nepriklausomybę fondus papildė reorganizuotų Religijų istorijos muziejaus ir Lietuvos valstybės istorijos muziejaus rinkiniai, vėliau – Signatarų namų, Architektūros muziejaus, Kazio Varnelio namų-muziejaus eksponatai.

Rinkiniai: Grafika, Tapyba, Skulptūra, Fotografija ir negatyvai, Filokartija, Filatelija, Plakatai, Architektūriniai brėžiniai.

Numizmatikos rinkiniuose saugoma per 195 tūkstančius eksponatų: numizmatika (monetos, lydiniai), paslėptų ir pamestų pinigų kompleksai (sidabro laužo, lydinių, monetų ir popierinių pinigų lobiai, piniginių turiniai), medaliai, faleristika (ordinai, apdovanojimo medaliai ir ženklai), filofaleristika (ženkleliai) ir kitokio pobūdžio ženklai, bonistika, apyvartiniai ir skaičiavimo žetonai, telefono, bankų, nuolaidų ir kitos kortelės, plombos (švininiai antspaudai), taip pat eksponatai, atspindintys išvardytų objektų gamybą (eskizai, projektai, modeliai, spaudai ir pan.). Tai didžiausias numizmatikos rinkinys Lietuvoje, apimantis laikotarpį nuo Antikos iki šių dienų.

Kryptingai kaupiami lituanistikos objektai. Medžiaga eksponuojama muziejaus teminėse parodose, skelbiama muziejaus metraštyje „Numizmatika“, Lietuvos ir užsienio leidiniuose, pristatoma mokslinėse konferencijose. Dvi numizmatikai skirtos konferencijos Lietuvos nacionaliniame muziejuje surengtos 2006 ir 2012 metais.

Numizmatikos rinkinių pagrindu parengtos virtualios Lietuvos Didžiosios Kunigaikštystės numizmatikos, monetų radinių, raitelio simbolio LDK monetose, krikščionybės simbolių ankstyviausiose LDK monetose, šiuolaikinių Lietuvos valstybės apdovanojimų, religinių medaliukų su jėzuitų šventųjų atvaizdais, XX a. 3–4 dešimtmečio Lietuvos sporto ir 1918–1940 metų Lietuvos organizacijų ženklelių iš Algimanto Astiko kolekcijos parodos.

Rinkiniai: Numizmatika, Pinigų lobiai, Medaliai, Faleristika ir filofaleristika, Bonistika, Žetonai, Plombos, Gamyba.