As colecções do Museu Carlos Machado repartem-se por três áreas principais: História Natural, Arte e Etnografia Regional.
As colecções de História Natural reportam-se à fundação do museu, no final do séc. XIX, e reflectem o espírito científico dessa época. Incluem exemplares de diferentes partes do globo, muito embora as espécies açorianas tenham maior relevância. Este espólio é constituído pelas seguintes colecções: peixes; crustáceos; aves; mamíferos; moluscos; insectos; aracnídeos; répteis; flora; geologia e mineralogia.
A colecção de Arte está organizada, principalmente, em núcleos de Pintura, Escultura e Arte Sacra. Dentro da Pintura, salientam-se as telas do Morgado de Setúbal, dos finais do século XVIII, oferecidas a este museu pela Condessa de Cuba, bem como as obras oitocentistas, do micaelense Marciano Henriques da Silva, pintor régio de D. Luís. Já do século XX, para além dos artistas açorianos, destacam-se alguns exemplares de pintura contemporânea portuguesa, que permitem marcar a evolução das mentalidades e alargar a vocação deste museu. Na Escultura sobressai a obra de Ernesto Canto da Maya, artista micaelense, que estudou em Paris, onde ganhou o "Grand Prix de Sculpture", em 1937. A exposição de Arte Sacra é constituída, essencialmente, por Pintura e Escultura, salientam-se as tábuas quinhentistas da Oficina de Coimbra e as que representam os Santos Mártires de Lisboa, oferecidas ao museu pelos herdeiros de Vasco Bensaúde. Do núcleo de pinturas da Igreja do Colégio dos Jesuítas de Ponta Delgada, merece particular atenção a "Coroação da Virgem", de Vasco Pereira Lusitano. De referir ainda a existência de um conjunto significativo de peças de Ourivesaria e de Esculturas em Marfim.
A Secção de Etnografia Regional é constituída essencialmente por colecções referentes à cultura popular tradicional de S. Miguel. Na constituição das primeiras colecções esteve presente a preocupação em representar as actividades mais significativas da vida rural micaelense, pelo que, no primeiro núcleo de objectos que foram recolhidos, encontram-se os relativos à actividade agrícola, piscatória e à produção de cerâmica. A reconstituição do interior doméstico de S. Miguel, nomeadamente da cozinha rural e do quarto de cama de casal, foi objecto de especial destaque. Nas diversas peças que compõem a colecção de Etnografia Regional, podemos encontrar ainda elementos referentes a algumas etno-tecnologias que existiram na Ilha, como, por exemplo, a arte de sapateiro, carpinteiro, marceneiro, da cestaria ou da fiação e tecelagem.
A tradicional indústria doméstica feminina, das rendas e bordados, tem também alguma representação nesta colecção. A religiosidade popular é outro aspecto contemplado no espólio etnográfico do museu, nomeadamente através de Lapinhas, bonecos de presépio e Registos religiosos, sendo complementada a exposição com quadros do pintor regionalista Domingos Rebelo.

O acervo do Museu da Graciosa é vasto e diversificado, incidindo na sua maioria sobre objectos ligados à etnografia local. Além destes, o destaque vai para colecções de moedas, postais, fotos antigas e recentes, jornais e documentos vários.

O acervo do Museu da Horta é formado por um conjunto heterogéneo de colecções, abrangendo um vasto campo disciplinar, que na sua globalidade diz respeito ao percurso histórico da ilha do Faial. Resultante de doações e de aquisições feitas ao longo dos anos, a sua diversidade proporciona um encontro com peças de grande valor e de rara qualidade, a par de outras que testemunham vivências pretéritas e que merecem permanecer na memória colectiva de todos. Assim, é possível ver artefactos de cariz etnográfico ligados às tecnologias tradicionais agrícolas, do linho e da lã, objectos tecnológicos relativos ao Porto da Horta, como das estações cabo-telegráficas do séc. XIX à primeira metade do séc. XX que operaram neste centro nevrálgico de comunicações no Atlântico Norte.
Ainda, entre o seu acervo contam-se peças de pintura e escultura dos séculos XVI a XX, e em especial, por ser única no mundo, a colecção de miolo de figueira da autoria do faialense Euclides Silveira da Rosa, que fez doação a este museu – exposição permanente.
Noutro pólo agregado ao Museu da Horta, Núcleo Museológico dos Capelinhos, que documenta a grandiosa erupção vulcânica de 1957, encontramos documentação fotográfica sobre o fenómeno como fragmentos de rochas e escórias, que nos ajudam também a interpretar a origem geológica das ilhas.

As colecções são essencialmente etnográficas e abrangem os séculos XVIII-XX. Significativa é a colecção de scrimshaw. Possui gravuras e objectos em osso e dente de cachalote, feitos pelos baleeiros nas barcas americanas e por artesãos açorianos e outros que nesta região exerceram a sua arte.
Possui toda a gama de alfaias agrícolas relacionadas com o amanho da terra e tratamento das produções (pastel, cereais, leguminosas, tubérculos e linho são as predominantes).
Significativa também é a colecção de utensílios de fiação e tecelagem de linho e lã.
Tem uma colecção de têxteis produzidos localmente, em linho e lã , embora utilizando , em alguns casos, algodão vindo dos Estados Unidos da América, para a urdidura do tecido, que é composta por colchas, cobertores, toalhas e vestuário.

O edifício do antigo Convento de S. Francisco em Angra, agora restaurado e adaptado a Museu, reabriu no dia 22 de Novembro de 1997. Na antiga construção do século XV foi sepultado em 1499, Paulo da Gama na viagem de regresso da Índia.
A Igreja de Nossa Senhora da Guia (anexa ao Convento de S. Francisco) é uma construção de estilo maneirista da segunda metade do século XVII, e nela avultam o altar em talha dourada do século XVIII e as paredes marmoreadas do século XIX.
A Exposição Permanente, inaugurada em Setembro de 2000 e intitulada "Do Mar e da Terra - Uma história no Atlântico", está organizada em 4 momentos fundamentais: "O Conhecimento das ilhas dos Açores", "Angra os Açores e o Mundo", "Da Capitania Geral ao Liberalismo" e a "Formação do Contemporâneo".
Nesta exposição pretende-se fazer uma síntese da história dos Açores e da cidade onde se insere e das suas relações com o mundo dentro do contexto Português e do Atlântico.
Existem ainda outros espaços expositivos:
"E o aço mudou o mundo... Uma Bataria de Artilharia Schneider-Canet nos Açores" considerado o único conjunto completo ainda existente em todo o mundo e que foi fundamental na participação de Portugal na I Grande Guerra; "Memórias de um edifício", onde se procura contar as diferentes utilizações que este edifício teve desde a sua fundação como Convento de S. Francisco, Liceu Nacional, Seminário e finalmente Museu; "Colecção de Transportes, séculos XVIII-XIX", que se encontram nas salas dos antigo refeitório conventual.
A Sala António Dacosta será um espaço onde a obra de Dacosta será um mote para se reflectir e expor o contemporâneo. Em espaços exteriores ao edifício-sede do Museu, estão previstos alguns núcleos museológicos :
Antigo Hospital Militar da Boa Nova - Armas e História Militar do Atlântico Central
Forte de S. Catarina do Cabo da Praia – A batalha que mudou o País – O 11 de Agosto de 1829
Ermida do Espírito Santo – O Espírito Santo – iconografia e simbólica

A principal colecção do Museu de Santa Maria é constituída por peças de etnografia, com especial enfoque nas peças de cerâmica, produzidas localmente e na ilha de S. Miguel. Da exposição permanente do Museu, fazem parte também pequenos núcleos relacionados com a agricultura, os têxteis e a vida quotidiana. O espólio do museu é maioritariamente constituído por peças do século XIX / XX.

As colecções do Museu são constituídas essencialmente por objectos etnográficos representativos da caça à baleia e da sua história. Em menor número existem artefactos relacionados com a agricultura e o culto ao Divino Espírito Santo. De grande expressão numérica e artística são as peças de scrimshaw (arte baleeira). Pertence ainda ao espólio do Museu uma pequena colecção de artes plásticas (pintura e desenho) para além da numerosa colecção de livros (sobretudo relacionados com a temática baleeira) que fazem parte da biblioteca.

As colecções que integram o acervo do Museu de São Jorge são sobretudo de carácter etnográfico e datam dos séculos XIX e XX, abrangendo as seguintes temáticas: cerâmica, têxteis/tecelagem, agricultura, pecuária e mobiliário. É de assinalar ainda uma importante colecção relativa ao Maestro Francisco de Lacerda, natural da Ilha de São Jorge.