中国工业博物馆征集的文物分别来自上海、北京、内蒙古等20多个省区市及香港特别行政区，其中还包括国家一级文物1件，国家二、三级文物10件等1.6万多件珍贵的藏品，其中中东铁路钢轨、西周青铜盔、春秋时期盔甲、殷商时期铜镜是镇馆之宝。
除此之外，博物馆的展物中还含有多项令人骄傲的“工业之最”，如直径2．2米的世界最大口径铸管、重达2吨的最大超高压断路器壳体、重115吨的最大立车横梁铸件、厚0．38毫米的最薄铸件等等。馆内的布局分为机床馆、铸造馆、通史馆、铁西新区十年馆，以不同的主题展出工业相关的历史文物。
