kiri|jmpl|200px|Arca Adityawarman sebagai Bhairawa, salah satu kekayaan koleksi masa Hindu-Buddha.ka|jmpl|175px|Gambar Prasasti dari Singosari, Malang bertarikh tahun 1351 Masehi. Prasasti yang merupakan koleksi museum, terkenal karena menyebut nama 'Mada' yang kemungkinan berkaitan dengan tokoh Gajah Mada.

Museum Gajah banyak mengoleksi benda-benda kuno dari seluruh Nusantara. Antara lain yang termasuk koleksi adalah arca-arca kuno, prasasti, benda-benda kuno lainnya dan barang-barang kerajinan. Koleksi-koleksi tersebut dikategorisasikan ke dalam etnografi, perunggu, prasejarah, keramik, tekstil, numismatik, relik sejarah, buku langka dan benda berharga.

Catatan di website Museum Nasional Republik Indonesia pada tahun 2001 menunjukkan bahwa koleksi telah mencapai 109.342 buah. Jumlah koleksi itulah yang membuat museum ini dikenal sebagai yang terlengkap di Indonesia. Pada tahun 2006 jumlah koleksi museum sudah melebihi 140.000 buah, meskipun hanya sepertiganya yang dapat diperlihatkan kepada khalayak.

Sebelum gedung Perpustakaan Nasional RI yang terletak di Jalan Salemba No. 27, Jakarta Pusat didirikan, koleksi Museum Gajah juga meliputi naskah-naskah manuskrip kuno. Naskah-naskah tersebut dan koleksi perpustakaan Museum Gajah lainnya kini disimpan di Perpustakaan Nasional.

Sumber koleksi banyak berasal dari penggalian arkeologis, hibah kolektor sejak masa Hindia Belanda dan pembelian. Koleksi keramik dan koleksi etnografi Indonesia di museum ini cukup lengkap.

Koleksi yang menarik adalah patung Bhairawa. Patung yang tertinggi di Museum Nasional ini (414 cm) merupakan manifestasi dari Dewa Lokeswara atau Awalokiteswara, yang merupakan perwujudan Boddhisatwa (pancaran Buddha) di Bumi. Patung ini berupa laki-laki berdiri di atas mayat dan deretan tengkorak serta memegang cangkir terbuat dari tengkorak di tangan kiri dan keris pendek dengan gaya Arab di tangan kanannya. Diperkirakan, patung yang ditemukan di Padang Roco, Sumatra Barat ini berasal dari abad ke 13 - 14.

Koleksi arca Buddha tertua di museum ini berupa arca Buddha Dipangkara yang terbuat dari perunggu disimpan dalam Ruang Perunggu dalam kotak kaca tersendiri. Sementara itu, arca Hindu tertua di Nusantara, yaitu Wisnu Cibuaya (sekitar abad ke-4 M) terletak di Ruang Arca Batu. Koleksi ini dipajang tanpa teks label dan terhalang oleh arca Ganesha dari Candi Banon.