Экспонаты коллекции дают наглядное представление об истории обработки камня в нашей стране со времени зарождения промысла вплоть до наших дней. Наиболее ранние из них датируются XII веком. Это фрагменты архитектурного декора знаменитого Успенского собора во Владимире.

В XVIII – XIX веках главными центрами камнерезного искусства были Императорские Петергофская, Екатеринбургская и Колывановская гранильные фабрики. В конце XIX – начале XX века наиболее заметную роль стали играть мастера Санкт-Петербурга и Екатеринбурга. В музейном собрании хранятся оригинальные работы всех дореволюционных камнерезных центров России.

Особое место в коллекции музея принадлежит советскому и постсоветскому периоду. Уникальные произведения камнерезного искусства, принесшие их создателям мировую славу на международных художественно-промышленных выставках, соседствуют с наиболее яркими и интересными образцами серийной продукции таких знаменитых предприятий как «Русские самоцветы», «Борнуковская пещера», Кунгурская и Уральская камнерезные артели и других. Но даже изделия массового производства ввиду неповторимых природных свойств материала обладают индивидуальными чертами, делающими их по-своему эксклюзивными.

Благодаря продолжающейся исследовательской работе сотрудников музея значительная часть предметов коллекции перестала быть «безымянной». Это позволяет судить о творчестве мастеров и художников, с именами которых неразрывно связаны достижения отечественного камнерезного искусства. В коллекции музея хранятся работы: Н.В.Александрова, Л.С.Антюшина, П.А.Баландина, С.М.Буданова, Ф.М.Габова, С.И.Дозорова, Н.Б.Квитницкой, П.В.Курышева, М.Г.Лисунова, Е.В.Николаева, А.М. и Ф.П.Овчинниковых, М.Д.Ракова, П.В. и Ф.И.Рубцовых. П.В.Сангурского, М.А.Тоне и многих других.

Отдельное, не имеющее аналогов по качеству и разнообразию представленных материалов, собрание составляет тувинская малая скульптурная пластика, демонстрирующая творческие достижения всех ведущих мастеров республики и охватывающая период с 1930-х по 2000-е годы.