Con una superficie expositiva de 3.520 m2, distribuida en dos plantas, la colección del museo da cuenta de la heterogeneidad del Ejército, su peculiaridad y su diversidad: piezas de artillería, municiones, óptica y telemetría, ingenieros, uniformes, maquetas, armamento ligero y miniaturas.
Sala de cañones-artillería
La sala de cañones muestra una de las colecciones artilleras del siglo xx más numerosas e importantes de España. En ella podemos ver cañones de costa, antiaéreos, campaña, montaña y contra carro. En la sala de municiones se expone una amplia y variada gama de proyectiles y espoletas y la sala de artillería antiaérea, con piezas representativas de la evolución de esta desde la guerra civil hasta nuestros días. La sala de costa alberga el cierre de un cañón «Vickers» de 38,1/45 y la maquinaria que suministraba energía eléctrica o hidráulica a las baterías de costa, entre otros elementos de ajuste. Parte de estas piezas han sido restauradas en el propio museo.
Despacho del coronel
Fue ocupado por todos los coroneles que mandaron tanto el Parque como, posteriormente, el regimiento. Fue el centro de mando en momentos importantes de la historia de Cartagena.
Capilla
En ella es digna de mención la talla de Santa Bárbara, obra del ingeniero Roque López, discípulo de Francisco Salzillo (siglo XVIII).
Miniaturas
Esta colección, realizada por el cartagenero D. Francisco Sánchez Abril, ha obtenido, en 1998 y 2012, sendos récord Guinness como la mayor exposición de carros de combate en miniatura.
Galería principal
En la galería principal de la planta superior, la zona más noble del edificio, podemos observar diferentes aparatos topográficos y de corrección de tiro de los siglos xviii, xix y xx. Esta galería está presidida por una vidriera de Santa Bárbara, patrona de la artillería española.
Cartagena, Plaza Fuerte 1503-1996
Desde la galería principal se accede a las ocho salas que componen “Cartagena, Plaza Fuerte”, un discurso expositivo centrado en diversos aspectos de los últimos cinco siglos de la artillería y la fortificación en Cartagena.
Uniformes
Una colección de uniformes del siglo XX, recuerdos procedentes de Unidades que compusieron la Brigada XXXII, armas ligeras de diversas épocas y una colección de miniaturas militares donada por el cartagenero don Francisco José Sánchez Abril, completan los fondos expuestos en el museo
