La colección está compuesta por instrumentos musicales y por otros instrumentos mecánicos y aparatos productores de música, con sus soportes de sonido. En total son 379 objetos que abarcan desde los siglos XVI al XX, repartidos por todos los Reales Sitios y Patronatos. A pesar de su reducido volumen, entre ellos se encuentran obras que destacan por su calidad y por su valor cultural y musical. Estas joyas musicales permiten conocer los gustos y las modas que imperaban en la Corte española, desde el siglo XVI hasta el primer tercio del siglo XX, puesto que la colección finaliza con las últimas incorporaciones en tiempos de Alfonso XIII.
Entre ellos sobresale sin parangón el cuarteto decorado, conocido también como Cuarteto Palatino, compuesto por dos violines, una viola y un violonchelo, así como el violonchelo de 1700, realizados todos ellos por Antonio Stradivarius. Junto a éstos, encontramos otras obras excepcionales: el virginal de Hans Bos o el realejo denominado de la reina Juana, ambos en el Monasterio de Tordesillas, del siglo XVI; el contrabajo de Nicola Amati del siglo XVII; los pianos de mesa, bellamente decorados, del siglo XVIII; las arpas de Holzman o Erard del XIX; sin olvidar el magnífico órgano de la Capilla del Palacio Real, construido por Jorge Bosch, en 1778.
Otros instrumentos completan la colección, como las guitarras, violas y violines, órganos, armonios, pianos, trompetas y cornetas, pianolas, fonógrafos y gramófonos con sus cilindros, rollos y discos, estuches y contenedores, así como un quirogimnasio del siglo XIX para ejercitar los dedos en la interpretación del piano.