De collectie van het Universiteitsmuseum bestrijkt vier eeuwen universitaire wetenschapsgeschiedenis en bestaat uit talloze objecten, foto's en documenten. Daarnaast beheert het museum ook kunstvoorwerpen in het academiegebouw, zoals de collectie hoogleraarportretten in de Senaatskamer.
Alle faculteiten binnen de universiteit waren lange tijd verplicht om een museum te onderhouden, maar langzamerhand is dat gebruik verloren gegaan. Wanneer een facultair museum de deuren sloot werd de collectie veelal overgedragen aan het Universiteitsmuseum.
Zo werd de collectie van het Universiteitsmuseum in 1984 uitgebreid met de collectie van het Botanisch museum, in 2003 met de collecties van het Volkenkundig Museum 'Gerardus van der Leeuw' en het Anatomisch Museum, en in 2007 kwam tentslotte een groot deel van de natuurhistorische collectie van de universiteit in het Universiteitsmuseum terecht, afkomstig uit het Natuurmuseum. De collectie van het Universiteitsmuseum is zodoende in de loop der jaren zeer groot geworden, zowel in omvang als in diversiteit.
Slechts een deel van deze uitgebreide collectie is zichtbaar in het museum.
