В 1724 г. по указу Петра I на Тульском оружейном заводе начали собирать старинные ружья, которые впоследствии составили основу коллекции музея. Сегодня собрание музея дает возможность проследить эволюцию оружия с конца XVI века до наших дней. Образцы огнестрельного и холодного оружия работы мастеров России, Западной Европы и Востока позволяют сравнить достижения отечественных и зарубежных оружейников.
Музей располагает обширными коллекциями спортивного и охотничьего оружия. Настоящими шедеврами являются ружья, изготовленные в память о посещении Тульского оружейного завода членами царской семьи. Некоторые из них представляли Россию на Всемирной выставке а Париже в 1900 г. и были удостоены Большой золотой медали.
Среди современных образцов особый интерес вызывает оружие специального назначения: малогабаритные пистолеты-пулеметы, подводные и бесшумные автоматы и пистолеты, стреляющий нож разведчика.
Музей экспонирует также пушки и пулеметы, предназначенные для вооружения самолетов, вертолетов, кораблей и боевых машин.