Muzeja krājumā glabājas vairāk nekā 203 000 vienību. Muzeja pamatekspozīcija stāsta par medicīnas attīstības gaitu, jo tieši to savulaik vēlējās izklāstīt profesors Pauls Stradiņš. Katru gadu tiek rīkotas tematiskās izstādes un pasākumi par sabiedrībā aktuālām un interesējošām tēmām.
Izcili atklājumi, sava laika tradīcijas un pārliecības, spilgtas personības — muzeja ekspozīcijas izstāsta medicīnas attīstības stāstu no dažādām un vienlīdz nozīmīgām perspektīvām.
Par akmens laikmeta dziednieku prasmēm veikt sarežģītas ķirurģiskas manipulācijas liecina trepanētie galvaskausi. Savukārt Ziemeļkaukāza arheoloģiskajos izrakumos atrastie alānu (osetīnu) deformētie galvaskausi liek aizdomāties par tik daudzveidīgo un mainīgo cilvēka skaistuma izpratni.
Unikālā Sibīrijas ņencu šamaņa Numindas rituālo priekšmetu kolekcija ļauj iepazīt šo seno un joprojām dzīvo tradīciju. Līdzās tai aplūkojamas arī latviešu tautas medicīnas interesantākās izpausmes.
Mēra skartas mājas, kājas amputācijas un sodu izpildes ainas sagaida apmeklētājus vienā no populārākajām muzeja ekspozīcijas daļām — viduslaiku pilsētā.
Raganu prāvas, alķīmiķi, dzīvsudraba tvaika vannas un pat slīkoņu atdzīvināšana ar nikotīna klizmām atrodamas muzeja seno un vērtīgo grāmatu ilustrācijās.
19. gadsimta medicīnas profesionalizāciju un zinātnes izrāvienus demonstrē gan dažādi instrumenti un aparāti, gan personības. Muzeja īpašs lepnums ir mikrobiologa un Nobela prēmijas laureāta Iļjas Mečņikova priekšmetu kolekcija. Taču zinātnes attīstībā nozīme ir ne tikai cilvēkiem, bet arī dzīvniekiem, visbiežāk gan tikai eksperimentu objektu lomā. Padomju ārsta Demihova transplantācijas eksperimenta rezultāts — “divgalvainais suns” — ir tapis tieši pēc muzeja pasūtījuma.
Zobārstniecības krēslu kolekcija ļaus iztēloties sevi pagātnes stomatoloģisko pacientu lomā, bet kosmosa kolekcija iedvesmos iepazīt dzīvi bezsvara stāvoklī.
