館內藏品超過10萬件，分為中國古代傳世文物、天津出土文物、中國近代文物三大類。其中國家壹級文物4000件，主要是傳世文物。其中甲骨、瓷器、郵品、銅器、中國錢幣、玉器、字畫數量較多，也比較系統完整。
“甲骨”是該館收藏的壹大特色，其數量之大，品位之高，在館內首屈壹指。最典型的是世界上最早記載“月食”的銘文“月中有食”。還有祭天500元的甲骨文等寶物。這近千件甲骨文是研究商社會的珍貴資料。
中國歷代貨幣是收藏的另壹特色。博物館還收集了多達3萬件不同時期的硬幣，包括春秋時期齊的“邦道”、“南小花”、“漁陽”、“伊稀”等獨特的珍品，以及非常罕見的王莽時期的“六春十布”壹套。尤其是先秦時期，歷代農民起義的貨幣和宋、遼、金、西夏的貨幣最為豐富，基本形成了完整的古錢幣標本系列。收藏貨幣不僅系統地反映了中國貨幣的發展，也說明了天津作為中國近代造幣中心之壹的地位。
在郵票收藏方面，有全國第壹套普通郵票——《海關大隆郵票》、第壹套紀念郵票——《萬壽紀念郵票》、第壹套地方郵票——《上海大隆郵票》等稀世珍品。
在青銅器的收藏中，有我國唯壹的西周奎文青銅禁，戰國楚王鼎曾被譽為南北楚容器之冠；歷代玉器收藏有序，能系統反映我國玉器工藝的發展過程。其中戰國時期的“動氣”玉器，是迄今為止中國見到的最早的關於氣功的論述。
書畫收藏中精品豐富，有王羲之的《幹嘔帖》、唐代的仿本、元代海棠城的楊惟真行書、清代中葉書法家柳永的行書、清末康有為的《完顏書》等。畫中有元代的《馬谷像》、單德渺的《遊臺灣省圖》、朱敏在乾隆二年(1737)所畫的《秋莊夜雨與雪山圖》。藏品以漢代官印和私印為主，五代“元吉雅”青銅官印為家中孤品。
此外，館藏還有大量關於北洋軍閥的原始文獻。博物館現在有三個基本展覽:天津古代史展覽，近代天津民俗展覽，近代天津雕像博物館和文物園嘉園。博物館還收藏了大量的天津出土文物，其中許多是珍貴的史料和藝術珍品。由於天津在中國近代史上的特殊地位，博物館還收藏和保存了大量的歷史文獻，如袁世凱批準的《二十壹草》、南開中學周恩來主編的校刊等，尤其是北洋軍閥的文獻。藏書近654.38+0.5萬卷，其中不少是珍貴文獻。
天津歷史博物館現免費對外開放，周日不閉館，但參觀時必須帶身份證才能領票！