Với gần 30 hiện vật các chất liệu đá, kim loại, được chia thành các khu trưng bày như sau:

- Khu trưng bày các tác phẩm mỹ thuật điêu khắc đá tiêu biểu thời Lê - Nguyễn (thế kỷ XV-XIX).

Ngay từ cổng bảo tàng đi vào là phần trưng bày các tác phẩm mỹ thuật điêu khắc đá tiêu biểu thời Lê - Nguyễn gồm: Tượng voi, nghê, lân, chó, ngựa, hổ, tê giác... được đưa về từ khu di tích lịch sử Lam Kinh và các di tích trên địa bàn thành phố Thanh Hoá như: Chùa Mật Sơn, chùa Hai Voi, Đình Đông Tác...

Phần lớn các tượng thời Lê chủ yếu là tượng chầu, kích thước không lớn, giản lược trong tạo dáng, tạo khối, đậm chất dân gian đồng thời là những chứng lý rất căn bản cho việc tìm hiểu, nghiên cứu, đánh giá nghệ thuật kiến trúc và điêu khắc thế kỷ XV - XVIII.  

Bước sang thời Nguyễn, bên cạnh mảng điêu khắc tập trung ở chốn cung đình, chúng ta còn gặp kho tàng khổng lồ các tác phẩm điêu khắc dân gian có mặt ở khắp nơi trên đất nước. Riêng nhóm tượng điêu khắc đá thiên về xu hướng đặc tả theo đúng nguyên mẫu. Đây cũng là nét riêng dễ nhận thấy khi nghiên cứu nghệ thuật điêu khắc đá thời Nguyễn.

- Khu trưng bày hiện vật thể khối lớn (thế kỷ XIX - XX) gồm những hiện vật: Súng thần công thời Nguyễn; Máy cày DT24 do Ba Lan chế tạo, tháng 2/1962 Bác Hồ tặng bà con nhân dân hợp tác xã Yên Trường (huyện Yên Định); Máy bay Míc 17 của Trung đoàn Không quân 921, pháo cao xạ 100 ly…đã từng tham gia chiến đấu bắn rơi máy bay Mỹ, bảo vệ cầu Hàm Rồng, quê hương Thanh Hóa, giai đoạn 1965 - 1972.

Phần trưng bày được bố cục theo một logic chặt chẽ, là sự kết hợp hài hòa giữa thủ pháp trưng bày khoa học với khoảng không gian đẹp tạo được điểm nhấn, thỏa mãn nhu cầu của du khách khi đến với Bảo tàng tỉnh Thanh Hóa.

Dương Mỹ Dung