Первые археологические предметы поступили уже в начальный период деятельности музея, например, И. И. Балькевич подарил 18 железных наконечников стрел. Другим, более ценным собранием, вошедшим в состав Хакасского музея, стали археологические коллекции Минусинского краеведческого музея им. Н. М. Мартьянова.
Через 10 лет деятельности музея был открыт другой путь пополнения фондов - участие в экспедициях.
В настоящее время археологический фонд составляет более 20 тыс. предметов.
В течение всего существования музея идет комплектование этнографическими предметами народов Хакасии. Самая представительная - коллекция по этнографии хакасского народа: это посуда и другие предметы быта, одежда, обувь, охотничья и рыболовная снасть, конское снаряжение и т. д. Значительна также коллекция по русской этнографии, старожильческой, переселенческой.
Одной из первых в музее начала формироваться естественнонаучная коллекция.
Геологический фонд музея пополняется в результате проведения исследований и комплектования материалов по теме «Природные ресурсы Республики Хакасия». Так, в 1948 г. трест «Хакзолото» передал музею образцы руд и минералов из различных месторождений Хакасии и юга Красноярского края. В 2008 г., благодаря помощи «Хакасгеолкома» и «Хакасинтерсервиса», геологическая коллекция значительно расширилась. В настоящее время она насчитывает более 1000 единиц хранения.
Палеонтологическая коллекция представляет следы древней палеофауны и палеофлоры. Около 1000 единиц хранения представляют окаменевшие стволы ископаемых деревьев, раковины моллюсков, мшанок, фрагменты окаменевшего дна палеозойского моря с их обитателями, а также отпечатки на горных породах листьев, коры и стволиков древнейших растений на земле. Также в эту коллекцию входят прекрасно сохранившиеся костные остатки позвоночных животных четвертичного периода (мамонтов, шерстяных носорогов, быков, бизонов).
Зоологическая коллекция насчитывает более 1,5 тысяч единиц хранения. Она включает чучела, тушки, черепа, рога млекопитающих, птиц, а также научную коллекцию насекомых, характеризующих фауну различных природных ландшафтов республики.
Ботаническая коллекция музея содержит в основном гербарный материал флоры Хакасии и лекарственные растения республики.
В 1989 г. Хакасским областным управлением культуры в Хакасский краеведческий музей была передана коллекция Ирины Николаевны Карачаковой - Картиной (1919-1989), известного хакасского скульптора и коллекционера, которую она завещала своим землякам.
Всего в коллекции около 2000 предметов. Это авторские работы Карачаковой - Картиной, личные вещи, документы и письма, книги, открытки по искусству, скульптуры, гравюры и рисунки, картины русских и западноевропейских художников, предметы декоративно-прикладного искусства, художественная мебель XVIII-XIX вв., фотонегативы.
Основным направлением творческой деятельности мастера является скульптурный портрет, а темой ее творчества — Восток и его люди. В ее работах запечатлены современники, люди разных профессий — врачи, ученые и аспиранты, писатели и художники, земляки. В коллекции музея находится 40 авторских работ Ирины Николаевны: портреты аспиранта восточного факультета ЛГУ Ниязова, Сун Цинлинь, Н. Г. Доможакова, И. К. Кидиековой, старой хакаски Нагрузовой, шахтера П. С. Балыкова и другие.
Ирина Николаевна была еще и страстным коллекционером. Начал формировать коллекцию декоративно-прикладного искусства, художественной мебели, произведений живописи и скульптуры ее муж, Георгий Исидорович Козаченко. Он умер в 1951 г., и в течение 38 лет И. Н. Карачакова- Картина не только хранила, но и пополняла, реставрировала коллекцию.
В собрании музея находятся две шпалеры, которые относятся к серии «Месяцы Луки» (февраль, март) девятого повторения, выполненные в 1737-1740 гг. французским ткачом Мишелем Одраном на Мануфактуре гобеленов.
В коллекции имеются творения итальянских скульпторов Дезидерио («Иисус-младенец»), Верроккьо («Амур с дельфином» и копия «Давид»). Есть две миниатюрные работы скульптора XVI в. Болоньи: «Скиф-точильщик» и «Венера на черепахе», работы японских и китайских скульпторов. Прекрасны работы Клодта, Мартоса, Шубина, Лансере — русских скульпторов разных поколений
Основная коллекция мебели относится к первой половине XIX — началу XX вв. Это кабинет, спальня и столовая эпохи классицизма, гостиная XIX в. Присутствуют уникальные предметы, такие как секретер-поставец из персидского ореха работы крепостных мастеров эпохи Елизаветы Петровны, резной ореховый столик со сценами охоты немецкого мастера, мебель из других пород дерева — карельской березы, тополя, красного дерева.