Національний архітектурно-історичний заповідник «Чернігів стародавній» має різноманітні фондові колекції, які почали формуватися з перших днів його створення. Їх комплектування обумовлено особливістю структури установи, до складу якої входять, як архітектурні пам’ятки (храми, монастирські комплекси), так і охоронна територія, де розташовані численні пам’ятки археології.

Зокрема, у заповіднику зібрана рідкісна колекція іконопису, яка нараховує близько тисячі ікон. Це найбільша музейна збірка ікон, що репрезентує іконописне малярство Чернігівщини ХVІІ—ХІХ ст. На базі цієї колекції в Національному архітектурно-історичному заповіднику «Чернігів стародавній» функціонує єдиний в області музей іконопису.

Зібрана також цікава колекція культового художнього металу. Її окраса — унікальні царські срібні врата іконостасу Борисоглібського собору, виготовлені на початку ХVІІІ ст. в місті Аугзбурзі (Німеччина) відомим ювеліром Пилипом Якобом Дренттветом на замовлення українського гетьмана Івана Мазепи, за проектом чернігівського художника–гравера.

Цінною колекцією є також збірка архітектурного дерев’яного різьблення ХІХ— поч. ХХ ст. (чи не єдина в Україні), яке прикрашало будинки мешканців міста Чернігова і представляє малодосліджену сторінку культури України.

Досить вагомою та різноманітною є колекція архітектурно-будівельних матеріалів. Серед них — давньоруська плінфа із різноманітними таврами, знаками ХІ— поч. ХІІІ ст., зразки давньоруської кам’яної пластики.

Представлені також цікаві колекції стародруків XVI—ХІХ ст., культового одягу та шитва, фрагментів фрескового розпису ХІ—ХІІІ ст., археологічних матеріалів, кахлів, цегли ХVII—XVIII ст., керамічних плиток підлоги, таврованої цегли XIX ст., українських рушників, документальний та фотонегативний фонди.

Станом на 01.01.2017 року кількість предметів основного фонду становила 66075 одиниць збереження, науково-допоміжного — 50595 од. зб.