Основу экспозиции, размещенной под старинными каменными арочными сводами в цокольном этаже здания музея, составляют достоверные научные данные, материализованные в подлинниках и точных копиях предметов, фотографий и документов. Кроме того, в экспозиции представлены два оригинальных макета, которые показывают истоки города в глубокой древности и его основание в 1777 году.

В археологической экспозиции музея-заповедника представлены многочисленные погребальные и бытовые памятники, свидетельствующие о социально-экономическом развитии, достижениях повседневной и художественной культуры далёких предков современных жителей Ставропольского края.

Вниманию посетителей представлены уникальные палеонтологические находки (скелет носорога-эласмотерия, два из пяти в мире полных скелета южного слона, скелеты обитателей Сарматского моря - кита-цетотерия, дельфина, тюленя и костистых рыб),  коллекция тропических бабочек, зоологическая коллекция, коллекция минералов, а также много других экспонатов из удивительного мира природы.

Этнографическая экспозиция отражает культуру и быт коренного кочевого и горского населения Северного Кавказа, казаков, русских и украинских крестьян-переселенцев, а также их хозяйственную утварь и орудия домашнего производства. В разделе «Городская культура» воссоздан гостиничный номер города-курорта XIX столетия, купеческая гостиная начала XX века, коммунальная квартира 1950-60-х годов с первыми образцами советской бытовой техники.

В экспозиционном зале отдела истории работает обновленная выставка «Ставрополье из века в век», охватывающая события новейшей истории (с 1917 г. и по настоящее время).