Il Museo, è articolato in importanti collezioni di documenti e strumenti astronomici, alcuni assai rari e pregiati, che, oltre a costituire una raccolta unica nel suo genere, fornisce una visione generale dello sviluppo storico della strumentazione, connessa allo sviluppo stesso della scienza astronomica. Collezioni di oggetti riguardanti la meteorologia e la geofisica, discipline nate e sviluppatesi negli osservatori astronomici, supportano lo studio dell'evoluzione di tali scienze. Le testimonianze attinenti a materie connesse come il calcolo del tempo e la nautica sono collegate strettamente alla astronomia.

La collezione dei globi celesti e terrestri , una delle più ricche in Europa, e quella dei telescopi costituiscono le raccolte più interessanti. Le rappresentazioni fantastiche delle costellazioni riportate sui globi celesti hanno fornito valido aiuto ai naviganti molto prima che migliori strumenti di orientamento, come le bussole, consentissero di dare alla nave la giusta rotta.