El Museo Naval atesora una peculiar colección formada por un conjunto de piezas de muy diversas tipologías y materiales. Muchas de ellas se fueron atesorando a lo largo del siglo XIX, cuando el coleccionismo de objetos de carácter histórico, réplicas y objetos curiosos se impuso.

Entre estos objetos se encuentran elementos como piedras de la cueva de Argel donde estuvo retenido Miguel de Cervantes, trozos del árbol en el que se refugió Hernán Cortés durante la Noche triste, una caja con reliquias de los héroes muertos en la batalla de Callao, un abanico con las firmas de oficiales supervivientes de la escuadra del contralmirante Cervera prisioneros en la Academia Naval de Annapolis de 1898, un estuche con pluma y lapicero de Cánovas del Castillo, o un fragmento de piedra lunar, regalo del Presidente de los Estados Unidos Richard Nixon en 1973 al Almirante Carrero Blanco.