يضم متحف دمشق الوطني آثارًا متنوعة تغطي عصورًا مختلفة من تاريخ سوريا، ومن أبرزها:
آثار عصور ما قبل التاريخ: تتضمن أدوات حجرية، وبقايا عظام حيوانات منقرضة، وهيكل عظمي لطفل نياندرتال.
آثار سوريا القديمة: تشمل مكتشفات من مواقع هامة مثل إيبلا وماري وأوغاريت، مثل الألواح المسمارية والأبجدية الأوغاريتية.
الآثار الكلاسيكية: تضم مجموعة كبيرة من الآثار اليونانية والرومانية والبيزنطية، مثل التماثيل والمجوهرات والعملات والفسيفساء.
الآثار العربية والإسلامية: تشمل تحفًا فنية ومعمارية من العصور الإسلامية المختلفة، مثل واجهة قصر الحير الغربي والقاعة الشامية.
الفن الحديث: يعرض أعمالًا لفنانين سوريين معاصرين.
حديقة المتحف: تحتوي على تماثيل وأنصاب وأبواب ونوافذ ولوحات فسيفساء وتيجان أعمدة وتوابيت.
بالإضافة إلى ذلك، يضم المتحف بعض العناصر المعمارية الهامة المنقولة إليه، مثل مدفن يرحاي التدمري وكنيس دورا أوروبوس.