Zbiory Muzeum Ludowych Instrumentów Muzycznych w Szydłowcu, dziś obejmujące ponad 2500 artefaktów etnograficznych i historyczno-artystycznych, pod względem liczebności i oryginalności obiektów instrumentologicznych nie mają odpowiednika w kraju. Tworzą je polskie instrumenty ludowe i narzędzia muzyczne, wykonane zarówno przez ludowych twórców oraz profesjonalistów, jak również instrumenty niemieckie, austriackie, czeskie, włoskie, francuskie czy rosyjskie, instrumenty dawniej używane przez muzykantów wiejskich, a także rekonstrukcje instrumentów, które znane są tylko z przekazów źródłowych. W zbiorach znajdują się także narzędzia lutnicze, stolarskie oraz meble warsztatowe.
Początkowo do muzealnych zbiorów trafiały głównie dary, takie jak: harmonie ręczne trzyrzędowe z warsztatów Henryka Jedynka z Gniewoszowa, Adama Namysława z Warszawy; złóbcoki wykonane przez Stanisława Gracę z Poronina; kozioł biały wykonany przez Franciszka Domagałę ze Zbąszynia; XIX-wieczna włoska mandolina. Do nielicznych zakupów w tamtym czasie zaliczyć można kolekcję rzeźb ludowych muzykantów wykonanych przez uznanych rzeźbiarzy z regionu radomskiego – Henryka Karasia i Stanisława Grudnia.
W 2012 roku do szydłowieckiej kolekcji trafiły dudy podhalańskie wykonane przez Eugeniusza Sieczkę w latach 30. XX wieku i złóbcoki Andrzeja Bednarza z 1927 roku z kolekcji Bolesława Trzmiela.
W 2014 roku pozyskano kolekcję Mariana i Jadwigi Sobieskich, wybitnych polskich etnomuzykologów, którą tworzą głównie polskie, środkowoeuropejskie i bałkańskie instrumenty ludowe, m.in. lira korbowa z końca XIX wieku z Rzeszniówki koło Krzemieńca (Ukraina).
W kolejnych latach kolekcję instrumentów z grupy chordofonów wzbogaciły m.in. „gęśliki sądeckie” Józefa Zbozienia, skrzypce klejone Eugeniusza Szoły, lira korbowa wykonana w Paryżu w 1794 roku, basy Bolesława Olbrysia, a zbiory z grupy aerofonów – dudy bukowsko-kościańskie z XIX wieku.
Rozbudowa muzealnej kolekcji o współczesne instrumenty o wysokim poziomie artystycznym i etnomuzykologicznym prowadzona była także w ramach Ogólnopolskiego Konkursu na Budowę Ludowych Instrumentów Muzycznych.
W ostatnich latach muzeum rozszerza kolekcję dzieł sztuki, w tym obrazów, grafik, rzeźb z motywami instrumentów muzycznych oraz obrazów autorstwa wybitnego polskiego XIX-wiecznego pejzażysty Władysława Aleksandra Maleckiego, pod koniec życia związanego z Szydłowcem.
W zbiorach Muzeum Ludowych Instrumentów Muzycznych w Szydłowcu znajdują się także artefakty związane z historią Szydłowca oraz zamkiem Szydłowieckich i Radziwiłłów
Jedynie część z najcenniejszych obiektów muzealnej kolekcji może być wyeksponowane na wystawach stałych i regularnie przygotowywanych wystawach czasowych. Z tego powodu muzeum od ponad 10 lat prowadzi działania mające na celu udostępnianie obiektów w sposób cyfrowy – na przykład na platformach edukacyjnych: instrumenty.edu.pl, mimo-international.com czy w formie wystaw wirtualnych.