Les premières orientations du musée ont fortement marqué le profil de la collection, avec d’importants transferts de tableaux religieux, d’œuvres d’art provenant de legs et de collections de faïences pharmaceutiques. Le premier versement, fondateur du musée, provient de l’hôpital de la Charité. La composante médicotechnique s’y est introduite progressivement à partir des années 1960.
Les collections sont issues en grande partie d’objets et d’œuvres transmis par les hôpitaux et l’administration de l’AP-HP. Aujourd’hui, elles s’enrichissent aussi de dons de particuliers ou d’entreprises.
Le musée s’ouvre également aux institutions culturelles et muséales françaises par le prêt de nombreuses œuvres et objets.
Depuis 2002, l'entrée de nouvelles pièces dans les collections est soumise à l'avis de la Commission scientifique régionale placée sous l'autorité de la DRAC Ile-de-France, conformément à loi du 4 janvier 2002, relative aux musées de France.
