Vienas seniausių Panevėžio kraštotyros muziejuje yra Archeologijos rinkinys, jo formavimas yra reikšminga muziejaus istorijos dalis. Šiuo metu archeologijos rinkinyje sukaupta arti 4000 eksponatų. Beveik pusę jų sudaro akmens ir bronzos amžių darbo įrankiai, ginklai.
Etnografijos rinkinys pradėtas kaupti nuo pat muziejaus įkūrimo 1925 m. Jame yra per 3600 eksponatų iš XIX–XX a. Rinkinį sudaro sakralinės medžio skulptūros, keramikos, audinių, rūbų, apavo, baldų, namų apyvokos daiktų, darbo įrankių, muzikos instrumentų bei metalinių kryžių viršūnių kolekcijos.
Gausiame daiktų rinkinyje saugomi skirtingų medžiagų eksponatai, pagaminti naudojant įvairią techniką ir technologijas. Didžiąją jų dalį sudaro įvairūs buities daiktai: indai, baldai, drabužiai, papuošalai, įrankiai, ginklai ir kt. Jie atspindi skirtingų visuomenės socialinių sluoksnių gyvenseną ir buitį.
Tarp saugomų eksponatų yra ir serijinės gamybos produktų, ir unikalių daiktų. Nors didžioji dalis pristato gimtąjį kraštą, didžiuojamės ir gydytojo Rimvydo Jono Sidrio 1989 m. muziejui padovanota Rytų meno kolekcija. Joje – Bali, Fidži salose, Filipinuose, Naujojoje Zelandijoje, Kinijoje, Honkonge, Japonijoje, Indijoje, Australijoje įsigyti dramblio kaulo raižiniai, ritualinės medžio skulptūrėlės ir kaukės, buities reikmenys.
Rinkinyje saugomi ir meno kūriniai: Bernardo Bučo, Juozo Zikaro, Jono Mackevičiaus, Kazimiero Naruševičiaus, Stasio Kavaliausko, Vinco Dilkos, Stasio Jusionio, Juozo Lebednyko, Klausučio Beržanskio, Irinos Nosovos, Algimanto Vytėno, Antano Gabrėno, Jurgio Šapkaus, Stasės Medytės ir kitų tapyti paveikslai, piešiniai, eskizai, skulptūros. Čia saugomi XX a. Panevėžio krašto veikėjų: rašytojos ir visuomenės veikėjos Gabrielės Petkevičaitės-Bitės, Didžiulių šeimos, choro dirigento Mykolo Karkos, kompozitoriaus Antano Belazaro ir kitų asmeniniai daiktai.
Panevėžio kraštotyros muziejaus rinkiniuose sukaupta per 30 000 fotodokumentų: negatyvų, pozityvų, diapozityvų, atvirukų su žymių žmonių portretais, miestų bei miestelių vaizdais.