Composé du regroupement de six collections* constituées à partir des années 1920, le fonds permanent du musée d'histoire de Nantes compte plus de 50 000 objets. Plus de 800 sont exposés.
Son analyse scientifique dans les années 1990 par l'équipe de conservation du Château des ducs de Bretagne a permis de mettre en relief la forte prédominance des pièces d'origine nantaise des périodes moderne et contemporaine, liées aux activités nantaises et à l'évolution de la ville dans son cadre estuarien.
Les objets présentés sont d'une grande diversité : peintures, sculptures, plans-relief, modèles de navires, cartes et plans, affiches, gravures, photographies, films, objets du quotidien, outils, pièces industrielles, instruments scientifiques, mobilier, objets d'art, documents d'archives, etc...
Ils ont été retenus pour leur signification et leur capacité à traduire les thèmes autour desquels s'articule le discours historique.
Figure de proue de navire, aquarelle de Turner sur Nantes, girouette de marinier de Loire, tapisserie des Etats de Bretagne, barque monoxyle du 13e siècle, robe d'internement d'une résistante nantaise déportée... chaque œuvre fait l'objet d'une présentation qui met en relief son intérêt muséographique.
* - le musée d'Art décoratif, inauguré en 1924 dans le Grand Logis, fermé en 1972 ;
- le musée d'Art populaire régional créé par Joseph Stany Gauthier, conservateur de 1922 à 1969 ;
- le musée des Salorges, consacré aux activités portuaires, industrielles et commerciales de Nantes. Fondé en 1923 par les Frères Amieux, il fut offert à la Ville de Nantes en 1934. Le bâtiment qui l'abritait, fut détruit par les bombardements en 1943 et le musée fut installé au château dans les années 50.
- le musée de Nantes par l'Image, créé en 1927, fermé dans les années 1960.
- le musée colonial du Château du Grand Blottereau
- le musée d'Art religieux installé en 1933 à "La Psalette" près de la Cathédrale, fermé en 1969.