该馆藏品计有自然标本、历史文物、革命文物和民族文物7.5万多件，一级藏品110多件，如：甘肃彩陶、武威雷台汉墓出土的世界闻名的铜奔马和成组车马俑、汉代医方简、北宋淳化二年（991年）《报父母恩重经变画》等。自然标本中珍藏有中国特有动物大熊猫、金丝猴和丹顶鹤等标本。藏品中历史文物占三分之二。最具特色的是新石器时代各类彩陶、汉代木简木雕、十六国至唐代的佛教造像、写经等。革命文物有当年红军长征遗留下的标语等。该馆陈列面积7500多平方米，有5个大型的固定展览。
“甘肃历史文物”展览，展出了甘肃境内出土历史文物1500余件，系统地反映甘肃历史发展的概况，重点突出甘肃新石器时代的各种文化的彩陶，丝绸之路咽喉要道——河西走廊出土的汉唐文物，十六国至隋唐佛教艺术和写经等有关中西文化交流的实物。
“甘肃自然富源”展览，展出实物、模型1380件，全面介绍了甘肃行政区划、人口、民族、交通、气候、水文、土壤和动物、植物、矿物资源。
“嘉峪关魏晋壁画墓”展览，展出了墓内保存的60多幅砖画。
“黄河古象”展览，展出1973年春在合水县发现的黄河剑齿象化石，长8米，高4米，是目前世界上发现的个体最大、保存最完整的剑齿象遗骸。
“红军长征过甘肃”革命文物展览，以长征为轴线，通过照片、文献、实物，介绍长征在甘肃境内发生的重大政治事件和革命斗争。
该馆单独或合作编辑出版的重要书刊有《武威汉简》、《甘肃彩陶》、《武威汉代医简》、《汉简研究文集》、《炳灵寺石窟》、《红军长征过甘肃革命文物》、《淳化阁帖选》、《汉简书法选》等10多种。
【彩塑精品——人头形器口彩陶瓶】
秦安大地湾遗址，是一处距今7800年—4800年的史前遗址，它是我国新石器时代目前发现最早的遗址，比河南渑池仰韶村和西安半坡村遗址都要早，它的发现将华夏文明史整整推进了近3000年，被誉为“黄土高原上的文化奇迹”。国宝级文物人头形器口彩陶瓶就出土于它的二期文化遗存中。
人头形器口彩陶瓶，大地湾文化庙底沟类型，1973年出土于甘肃天水秦安邵店大地湾。细泥红陶，高31.8厘米，口径4.5厘米，底径6.8厘米，现藏甘肃省博物馆。这是一件人体造型与实用器皿融为一体的艺术精品。器形两头小，中间大，下部略内收。头顶开孔，做成人头形器口，以便注水或倒水；面部五官清秀，布列匀称，凹凸对比适度，颜面轮廓圆润，俊俏玲珑；脑后饰齐耳短发，左右与后部留披发，前额覆垂整齐的刘海，头发发式刻画细致，富有表现力；两眼细长，设计为为雕通的孔洞，双目平视前方，使人觉得目光坚定深邃，充满迷惘的朦胧色彩。鼻子微呈蒜头形，鼻翼鼓起，似在鼓气呼吸，有着一种生机与活力；镂成圆洞的小口微微启张，看上去仿佛若有所言，显得生机盎然；两耳耳垂处各有一穿孔，为垂系装饰品的耳孔，瓶腹圆鼓，如孕妇的丰满身躯。瓶身着红色陶衣，自上而下饰浓烈醒目繁复俏丽的弧线三角纹和斜线纹组成的二方连续花纹，此纹样为大地湾文化庙底沟类型彩陶的典型花纹样式。整件器物运用圆雕、雕镂、贴塑、刻划等雕塑手法，塑造了一位穿着艳丽花衣的孕妇形象，充满了新石器时期雕塑所特有的率真稚拙的艺术气息。
人头形器口彩陶瓶一经问世就以其奇特而神秘的造型让世人在惊叹之余展开了丰富想象和无尽的探究。有学者说她是部落酋长的女儿，或部族女巫，抑或是原始先民膜拜的生殖女神，众说纷纭，不一而足。但此件陶器对研究大地湾原始居民的面部特征、人体装饰和服饰提供了生动的实物资料确是不争的事实。
【彩陶奇葩——陶鼓】
兰州作为马家窑文化的重要发祥地之一，文化遗迹遍布各地。位于大通河、庄浪河流域的马家窑文化遗址曾出土了数量众多的精美彩陶，其中1986年出土于永登河桥镇乐山坪的几件彩陶鼓，以器形奇特、纹饰优美、文化内涵丰富而引起了考古界的广泛关注，被誉为“中国膜鸣鼓的鼻祖”，堪称“彩陶奇葩”。
鼓是人类历史上最早出现的打击乐器之一，最晚出现于新石器时代晚期。主要有土鼓和木鼓两大类，木鼓制作难度较大，时代也晚，史前社会的木鼓很难遗存下来。现今出土的多为土鼓，土鼓即陶鼓。据《周礼·春官·龠章》记载：“掌土鼓豳龠。”东汉学者郑玄注曰：“杜子春云：土鼓，以瓦为匡，以革为两面，可击之。”无论土鼓还是木鼓，均可蒙覆兽皮制作鼓面。
【铜器鼻祖——青铜刀】
中国青铜文化源远流长，绚丽璀璨，不仅是中国古代文明的瑰宝，也是中华民族对世界文明所作出的杰出贡献。1975年发现于东乡林家马家窑文化遗址的青铜刀，是目前我国考古发现最早的青铜铸器之一，有“中华第一刀”之称。
林家遗址位于临夏东乡族自治县东塬乡林家村北，大夏河南岸的二级台地上。文化内涵以马家窑类型为主，包含有马家窑类型早、中、晚期的文化遗存，是马家窑类型的代表性遗址。遗址中发现了大量的房址、灰坑和窑址，出土和采集了各类3000余件马家窑时期的石、骨、陶器等遗物，其中各类工具和生活用具2000余件，以石器为主，骨器次之，也有少量的陶、蚌、角器，并在窑穴、房址内的陶器和灰层中，发现了稷、粟、大麻籽等谷物、油料遗物。这些重要发现，为全面认识和进一步研究马家窑文化的内涵、性质以及其他有关问题，提供了更多的实物例证，最重要的是在该遗址的房址中采集了一件青铜刀和铜渣。铜刀通长12.5厘米，刀实用工具，短柄长刃，由两块范闭合浇铸而成，形制和后来分布在北方的游牧民族使用的铜刀及铜匕首颇为相似，刃口经过轻微的戗磨或煅打，较为锋利，刀尖圆钝，微上翘，有明显的使用痕迹，刀背厚实，呈弧线形，柄端有安装刀把的印痕。1981年北京钢铁学院冶金研究所对青铜刀和铜渣进行了检验，经检验，铜渣含铜、铁各一半，不是天然矿石，又非炼铜残渣，而是一块经冶炼但已风化成碎块的锈蚀的铜铁金属，它可能是由于选用冶炼的矿石不适当，不能铸成器物而被废弃的遗物。青铜刀经激光微区光谱分析，知其含锡量为6％～10％，另有少量的铁、银等，属于铜合金分类中的锡青铜，年代距今约4700年，是目前我国考古发现最早的青铜铸器之一。
马家窑文化青铜刀的发现，证明远在新石器时代早期甘肃及其周边地区的原始先民已初步掌握了人工冶铜技术和青铜制造技术，将我国制造和使用青铜工具的历史提前了一千多年，为商周时期青铜文化的繁荣与发展创造了条件。
【雷台惊艳——马超云雀】
在甘肃省博物馆存放着这样一件国家级稀世珍宝——马超云雀。马超云雀，又名“马超云龙”、“马踏飞燕”、“铜奔马”，通高34.5厘米，身长45厘米，宽13厘米，一件以表现神马和云雀为主体的东汉时期的铜器。骏马的形象矫健俊美，别具风姿。马昂首扬尾作嘶鸣状，身躯浑圆雄劲，四肢修长，三足腾空飞驰向前，右后足踏一云雀，云雀展翅，惊愕回首，显示了奔马如飞、神速超群的意境。一匹躯体庞大的马踏在一只正疾驰的云雀背上，云雀吃惊地回过头来观望，马身体着力点集中在一足之上，既衬托了奔马超越云雀时一刹那的矢激电驰般的快速，又巧妙地以云雀展开双翅的躯体冲着地平面而稳定了重心，表现了骏马凌空飞腾、奔跑疾速的雄姿，给人以惊心动魄的震撼。艺术家们却独运匠心，大胆夸张地进行巧妙构思，大胆的构思，浪漫的手法造型富有生气，静中有动，动中有静，以无限的动感和爆发力令观者叹为观止。马超云雀作为具有三维空间的圆雕作品，能够做到骏马体型的每一部分都异完美而匀称，姿态动感保持精确的平衡。雕塑的重心显然经过了极其周密的计算，才能达到如此非凡的艺术效果，艺术家想象力之卓越、构思之新颖以及铜铸工艺运用之巧妙，都令人惊叹不已。
这件凝聚了汉代艺术家高度智慧、丰富想象，浪漫主义精神和高超艺术技巧的铜器一经发现就以其独特的造型和奇妙的构思引起世人瞩目。1971年，郭沫若陪同柬埔寨宾奴亲王访问兰州，看到了这匹珍藏在甘肃省博物馆的稀世珍宝，将之命名为“马踏飞燕”。尔后无数的学者对这件顶级艺术品的定名、内涵进行了系统研究，至今仍莫衷一是，但更从另一侧面体现了它深邃的思想内涵和卓越的艺术造诣。郭沫若曾发出：“天马行空，独往独来，就是拿到世界上去，都是一流的艺术珍品”的感慨，并泼墨挥毫写下了“四海盛赞铜奔马，人人争说金缕衣”的诗句。其后经郭老推荐，马踏云雀与一批国宝级文物一起，赴世界各地巡回展览，发动了一场“文物外交”。在美、英、法、日、意等国家展出期间，观众如潮，将它誉为“绝世珍宝”，“天才的中国马”，从此，马踏云雀名扬世界。
1972年美国总统尼克松访华也目睹了马踏云雀的风采。1973年，铜奔马参加了古代历史文物出国展，远涉重洋到英国和法国展出。此后，凡有铜奔马参加的文物外展，都以它作为海报和宣传画的主图案，从此马踏云雀声名鹊起，成为轰动世界的文物精品。1984年，马踏云雀被国家旅游局确定为中国旅游标志。1985年武威市将“马踏云雀”定为象征武威腾飞的城标。
神秘浪漫的马超云雀仿佛让人穿越时空来到了大汉帝国，看到了吟唱着“天马来兮从西极，经万里兮归有德，承灵威兮降外国，涉流沙兮四夷服”的汉武帝，感受到了道通西域、开疆拓土的大汉天威。千古时空交替，斯人已逝，天马精神永存！
【翰墨留香——汉代墨迹纸】
造纸术是中国古代四大发明之一，蔡伦造纸更是尽人皆知，而蔡伦时代的纸是何模样却极为罕见。兰州伏龙坪东汉墓出土的两块墨迹纸，使今人有幸目睹了一千多年前纸的面目。
伏龙坪是黄河4级阶地，为兰州市汉墓遗留较多的地区。
1987年10月，兰州市博物馆在此清理了一座东汉时期的夫妻合葬墓。此墓为典型的汉代砖室墓，保存完好，出土了铜盆、铜壶、铜镜、铜釜甑、剪轮五铢、漆妆奁盒等文物数十件，最令人兴奋的是出土了两件罕见的墨迹纸。墨迹纸为圆形，直径17厘米，纸质白中泛黄，纸面薄厚均匀，绵软坚韧，近似现代的宣纸，当时是作为铜镜的衬垫物与铜镜一起当作陪葬品置入墓葬。一块有毛笔书墨字40余字，另一块有毛笔书墨字60余字，笔画劲健有力，布局错落有致。1988年该纸被送到中国历史博物馆进行保护处理和纸质分析，分析结果表明这两块墨迹纸为麻纸类，所用原料中含有麻、草、树皮等纤维，强光透视背面有明显的‘帘纹’；纸面光滑，似有二次加工的痕迹。伏龙坪纸书墨迹文字内容为求医问药、嘘寒问暖之辞。专家认为，此内容与死者身份、经历无直接联系，只是作为垫衬物被剪成圆形留在铜镜囊中的。两纸虽同出一墓，且压在同一块铜镜下，但书风却有着明显的差异，一块书体较工整，基本属于行楷，仍留隶意，与简牍中的汉隶书风相一致；另一块字体带草书意韵，书写随意，用笔清劲，收笔处时有出锋，笔意拙朴。从墓葬年代看，此纸的制造时间与蔡伦于东汉中期改进造纸术的时间应相去不远。
兰州伏龙坪东汉墓出土的墨迹纸，说明此时造纸术已得到很大的改进，官方人士及文人已开始大量使用纸作为书写工具。因为从伏龙坪东汉墓的陪葬品来看，墓主人绝非王公贵胄和上层文人，而仅仅是一位地方官吏或乡绅，在他的墓中能一次出土两块纸，而且是作为铜镜垫衬物来使用，说明纸作为理想的书写工具已被广泛使用。这两块墨迹纸对研究我国造纸技术的发展历程，那个时代中国书法基本面貌，以及兰州的历史沿革，提供了宝贵的实物资料。
【碑帖翘楚——肃本《淳化阁帖》】
肃本《淳化阁帖》，通称“肃府本”或“兰州本”，是我国书法史上一部颇具影响、现存刻制年代较早、摹刻精细而又保存良好的法帖原石。
肃本《淳化阁帖》的祖本，是宋刻《淳化阁帖》。宋太宗赵光义于淳化三年（992年），出内府所藏历代墨宝，命翰林侍书王著编次摹刻在枣木板上，汇成我国第一部大型法帖。因完成于北宋淳化年间，故称淳化阁帖。又因版藏禁中，仅赐皇亲近臣，亦称淳化秘阁法帖。全帖分为十卷，前五卷是历代帝王、名臣和诸家的篆、隶、草、行、楷各体，选入唐以前百家书法，如张芝、钟繇、索靖和欧、褚、颜、柳等人的作品，后五卷是王羲之、王献之的草书。全帖卷帙浩瀚，内涵丰富，集初唐以前历代名家篆、隶、草、行、楷各体书法之大成，璞玉浑金，字字珠玑，其中有被誉为“飘若浮云，矫若惊龙”的东晋王羲之父子的草书，有被誉为“草圣”的东汉敦煌张芝的隶书，有“银钩虿尾”的西晋敦煌索靖的行草等，堪称我国书法遗产的珍宝。淳化阁帖刻成不久即毁于火。从宋至明转相传摹，不下数十家，历代虽多摹刻，却少见佳本。肃府本《淳化阁帖》重摹于明朝后期，明太祖朱元璋封第十四皇子朱为肃庄王，赐宋本《淳化阁帖》一部，以为传代之宝秘藏内府。二百年后，也就是到了万历年间，陕西右参政分巡临巩张鹤鸣得阁帖别本，向肃宪王朱绅尧借藏帖校对，肃宪王遂令姑苏金石摹刻家温如玉、张应召师徒二人临其祖传宋本《淳化阁帖》摹刻。不过，刻石没有完成，肃宪王就去世了，随后，世子朱识鋐继承父志，继续摹刻，先后历时七年，终于摹刻竣工，共用高27.8～34厘米，宽36.5～40.5厘米，厚6～8.7厘米的富平石144块。各卷末除照刻宋本款识外，新镌“万历四十三年乙卯岁（1615年）秋八月九日，草莽臣温如玉、张应召奉肃藩令旨，重摹上石”隶书三行。所以，后人把它称为《肃王府本》，也称为《遵训阁帖》或《兰州本》。该帖刻成后藏在肃王府东书园遵训阁，视为珍宝。