Il Museo conserva un ingente patrimonio di materiali rari e preziosi, in molti casi unici al mondo, che conta oltre 2.300.000 opere tra film, documenti d’archivio, fotografie, apparecchi e oggetti d’arte, manifesti, memorabilia del cinema, volumi e registrazioni sonore, in una collezione considerata tra le più preziose al mondo. Sono documentati tre grandi filoni tematici: l’archeologia del cinema, la fotografia e la storia del cinema.

Costituita da due milioni di immagini, la collezione ripercorre la storia del cinema e quella dell’arte fotografica. La fotografia storica offre un ampio panorama della produzione in Italia dal 1840 al 1940 e documenta l’opera di importanti fotografi quali Secondo Pia, Italo Bertoglio, Maggiorino Gramaglia, Domenico Riccardo Peretti Griva e Vittorio Zumaglino.
Di grande prestigio è anche la collezione dedicata alla storia del cinema, dal muto, soprattutto italiano, al cinema sonoro italiano ed estero. Fotografie di scena e del set ma anche ritratti e scatti privati di attori e registi realizzati da nomi celebri come Angelo Frontoni.
Grazie alla varietà dei materiali conservati, la fototeca del Museo è oggi un punto di riferimento non solo per gli studiosi ma anche per tutti coloro che intendano ripercorrere o scoprire la storia del cinema e della fotografia.