Muzeyin kolleksiyası paleolit və neolit dövrlərinə aid tapıntılar və İlısu və Həsənkeyf bölgələrindən çıxarılan əsərlərdən ibarətdir. Üç böyük sərgi salonunda 500-ə yaxın əsər nümayiş etdirilir.

İlisu bəndi istifadəyə verildikdən sonra su altında qalan bölgələrdə ümumilikdə 7 xilasetmə qazıntısı aparılıb və müsadirə edilən əşyalar muzey rəhbərliyinin mühafizəsinə götürülüb. Bu qazıntılar zamanı aşkar edilən ən mühüm tarixi əsərlər Başur Höyük qazıntıları zamanı aşkar edilən oyun parçaları və tunc qəbir hədiyyələri, Qusir Höyükdə aşkar edilən obelisk qırıntıları və Həsənkeyfdə də tapılan "Tanrı Bes"-in fiqurudur.

Muzeydə həmçinin təxminən 300 yaxın yaxşı qorunmuş amorf bürünc artefaktlar, Nineviya mədəniyyətindən bir neçə nümunə də daxil olmaqla çoxlu rənglənmiş və rənglənməmiş saxsı əşyalar var.

Muzey rəhbərliyi tərəfindən həyata keçirilən layihə çərçivəsində muzey bağçasında tarixdən əvvəlki yaşayış məskənlərinin maketi yaradılıb və bu tətbiqin köməyi ilə ziyarətçilərin tarixi öyrənməyini təmin etmək məqsədi daşıyır. Ərazidə Qusir və Qre-Amerkurqanlarından nümunəvi evlər tikilmiş, o dövrlərə aid bir çox ayinlər, məsələn, ölülərin evin içərisində basdırılması ənənəsi yenidən canlandırılmışdır. Bundan əlavə, Həsənkeyfdəki "Artuklu qapısı"nın bir nüsxəsi və Başur Höyükdən tapılan ov alətləri bağçaya qoyulmuşdur.

Arxeoloji qazıntıların necə aparıldığını görmək istəyənlər üçün qazıntı sahələri də var və bu ərazilərdə ziyarətçilər təcrübəli arxeoloqların rəhbərliyi altında praktiki qazıntı təlimləri alırlar.

2018-ci ilin əvvəlində Türkiyə hökuməti İlısu bəndinin arxasındakı gölü doldurmağa hazırlaşarkən, köhnə Hasankeyf körpüsündən olan relyeflərdən 4-ü Batman Muzeyinin bağçasına köçürdü.

Muzeydə Batman və Siirt bölgələrində aparılan qazıntılar haqqında sənədli filmlərin nümayiş olunduğu proyeksiya otağı, kitabxana və eksponatların bərpa olunduğu laboratoriya var.