Această instituție are în componența sa 16 muzee distincte, cu un patrimoniu de peste 300.000 piese (arheologie, istorie, artă, memorialistică, etnografie, științe naturale). Înființat în anul 1934 de către preotul Constantin Matasă, acest muzeu deține cea mai importantă colecție de ceramică eneolitică din Moldova (mil. IV-III î.Hr.). Alături de aceasta, în muzeu sunt tratate, în chip monografic, aspecte mai vechi (paleolitic și neolitic timpuriu) și mai noi (civilizația traco-geto-dacică din zonă, locuirea medievală, aspecte ale istoriei locale din epocile modernă și contemporană, activitatea muzeografică din județ ș.a.), din trecutul zonei. În primele opt săli sunt prezentate cele mai semnificative asp...ecte ale paleoliticului de pe Valea Bistriței și ale culturilor Starčevo-Criș, Precucuteni și Cucuteni, îmbinând expunerea de obiecte tridimensionale cu o ilustrație bogată și cu numeroase reconstituiri de complexe sau de procese ce făceau parte din inventarul de cunoștințe ale omului preistoric. Ultimei culturi amintite îi este rezervată cea mai mare parte a spațiului expozițional din primele opt săli ale expoziției permanente, raport cantitativ ce reflectă situația arheologică din teren (cel mai mare număr de situri cunoscute în zonă, printre care se remarcă cele de la Bodești-Cetățuia Frumușica, Izvoare, Traian, Ghelăiești, Târpești, Târgu Ocna-Podei, Poduri). În sălile 9-10 sunt expuse cele mai importante descoperiri ale epocii metalelor, reprezentată prin aspecte locale ale bronzului timpuriu și mijlociu (Lunca, Târpești) și prin culturile: Amforelor Sferice (materiale de la Bârgăoani, Mastacăn, Piatra-Șoimului, Piatra-Neamț), Costișa (piese din așezarea eponimă, de la Siliștea, Piatra-Șoimului, Poduri), Monteoru (Costișa și Traian) și Noua (ceramică, obiecte de piatră și de metal din așezările și necropolele de la Doina, Ciritei, Târpești, Davideni, Vânători-Neamț,). De la sfârșitul epocii bronzului și din prima epocă a fierului datează cea mai mare parte a pieselor de metal expuse în sala 10 și holul adiacent (depozitele de bronzuri de la Ruginoasa, Bozieni, Șerbești, pumnalele de tip akinakes de la Văratec, Găiceana și Petricani). Pentru Hallstatt-ul final și prima etapă a La-Tene-ului descoperirile de la Lunca și Vlădiceni documentează că aria de difuziune a aspectului cultural Canlia a inclus în secolele V-III î.Hr. și zona subcarpatică a Moldovei. În ceea ce privește civilizația dacică (prezentată în sălile 11-15) menționăm că muzeul din Piatra-Neamț a adus o contribuție deosebită la cercetarea stațiunilor din perioada clasică de la Bâtca Doamnei, Cozla și Calu (Piatra Șoimului) sau a celor daco-carpice de la Vlădiceni, Homiceni, Piatra-Neamț – Dărmănești și Lutărie, Cândești, Izvoare. În sala 16 sunt expuse materiale atribuite culturii tumulilor carpatici (de la Braniște și Nemțișor), culturii Sântana de Mureș-Cerneahov (de la Doina, și Izvoare, în special), precum și din segmentul istoric cuprins între secolele V-IX: prima parte a acestui interval este reprezentată în expoziție prin piese provenind din așezările Mănoaia, Costișa, Izvoare-Bahna, Târpești, Săbăoani, Borșeni și mai ales Davideni, (cea mai mare dintre comunitățile sătești din această perioadă documentate în spațiul est-carpatic) în timp ce pentru cea din urmă (sec. VIII-IX) cea mai mare parte a materialelor existente în colecția muzeului provin de la Brășăuți, Borniș, Izvoare-Bahna și Poiana-Dulcești. Ultima vitrină a sălii este rezervată pieselor provenind de la Piatra-Neamț-Bâtca Doamnei, unde în perioada evului mediu timpuriu a existat o tabără militară. Folosind mijloace de expunere specifice, sălile 17 și 19 ale muzeului înfățișează aspecte semnificative ale evoluției economice sociale și culturale a județului Neamț pe parcursul Evului Mediu, fiind consemnate evenimentele majore care s-au petrecut pe aceste meleaguri, la care localitățile ținutului Neamț s-au racordat. Printre exponatele cele mai importante din acest segment istoric se numără tezaurul de la Buruienești (conținând obiecte de podoabă, lingouri și monede medievale) și reconstituirea interiorului unei locuințe descoperite la Târgu-Neamț, datând din secolul al XIV-lea, cu o sobă cu cahle tip oală. Dezvoltarea economică, socială și culturală a comunităților rurale și urbane în secolele XIX-XX, cât și participarea locuitorilor județului la marile evenimente care s-au petrecut în acest timp sunt evidențiate în sălile 20-23, prin numeroase documente, fotografii, arme, medalii și obiecte de epocă. Circuitul expozițional se încheie cu sala 24, în care sunt etalate arme alb și de foc din secolele XIX și XX. Cabinetul numismatic, având două săli de expoziție, prezintă publicului vizitator monede antice și medievale, medalii, obiecte de podoabă de aur și argint, vase de metal. Din ultima categorie menționăm tezaurul de vase de aur de la Rădeni și vasele de argint din tezaurul de la Muncelul de Sus (jud. Iași). Alături de expoziția de bază, muzeul organizează numeroase expoziții temporare, sesiuni și colocvii cu caracter cultural-științific, întreprinde săpături arheologice pe care le valorifică prin publicații, se preocupă de ocrotirea patrimoniului ș.a.