הגאווה של אוסף המוזיאון הוא האוסף הגדול ביותר בפולין של אמנות עתיקה: אגרטל יווני עם דמותו של המשורר סאפפו, וכן ציורי קיר נוביים שהוצלו מהקתדרלה בפראס, סודאן.
מעניינת ביותר היא גלריית אמנות ימי הביניים של המוזיאון - פסל העץ של המדונה מורוצלב והפוליפטיק של ברברה הקדושה הם יצירות מופת של גילוף גותי.
האוסף הגדול ביותר בארץ של ציורים מושך לא רק סטודנטים לתולדות האמנות. האוסף מכיל ציורים של אמנים איטלקים, צרפתים, הולנדים וגרמנים מן המאה ה-14 ועד המאה ה-18 – יצירות של בוטיצ'לי, טינטורֶטו, ואטו, קראנאך, תלמידיו של רמברנדט.
בין ציוריהם של האמנים הפולנים המפורסמים ביותר נמצאים נופיה של ורשה מהמאה ה-18 שצוירו בידי קַנָלֶטוֹ, עבודות מונומנטליות של יאן מטייקו, ציורים של ציירים פולנים שלמדו במינכן (ג'וליאן פאלאט - Julian Fałat, יוזף חלמונסקי - Józef Chełmoński), האימפרסיוניסטים (ולדיסלב פודקובינסקי - Władysław Podkowiński, לאון ויצ'ולקובסקי - Leon Wyczółkowski) וכן הסימבוליסטים (יוזף מהופר - Józef Mehoffer, יאצק מלצ'בסקי - Jacek Malczewski). בגלריה לאמנות פולנית של המאה העשרים ניתן לראות עבודות של פורמליסטים, אוונגרד של בין שתי מלחמות העולם, קפיסטים וסוראליסטים מלְבוּב.
למוזיאון ורשה יש גם אוסף נרחב של אמנות דקורטיבית, ובו חגורות רקומות שנלבשו על ידי אצילים, זכוכית עדינה מהמאה ה-18, פאייאנס (כלים עם גלזורת בדיל), פורצלן, שעונים ורהיטים. האוסף הגדול ביותר בפולין של מטבעות מאוחסן בחדר הנומיסמטיקה - עם מטבעות יווניים ורומיים עתיקים ואוסף של מטבעות מתקופת השושלת הפיאסטית.
סניף של מוזיאון ורשה הינו מוזיאון הפסלים על שם קסברי דוֹנִיקוֹבְסְקִי (Xawery Dunikowski) הממוקם בקְרוּלִיקָרְנְיָה (Królikarnia). אוסף המוזיאון הוא אוספו הפרטי של קסברי דוניקובסקי, הפסל הפולני הלאומי, ובו פסלים, ציורים ורישומים של התורם ומזכרות.
גם ארמון משפחת רָאדְזִ'יבִיל (Radziwiłł) בנְיֶיבּוֹרוּב (Nieborów) ואָרְקָדְיָה (Arkadia) מהווה סניף של המוזיאון הלאומי בוורשה. במוזיאון ניתן לראות אוסף ציורים פולניים ואירופאיים שנאספו על ידי מיכאל ראדז'יביל ועתיקות שהיו שייכות לאשתו הלנה. עבודתה של הלנה ראדזביל היא גם הפארק בסגנון רומנטי-קלאסיציסטי הנקרא " ארקדיה", הייחודי מסוגו באירופה.