Els fons conservats inclouen col·leccions de maquetes de vaixells, diorames, armes, instruments nàutics, mapes, pintures, un fons arqueològic. La peça més valuosa del museu és la reproducció a mida real de la Galera Reial de Joan d'Àustria, vaixell insígnia de l'esquadra de la Santa Lliga a la batalla de Lepant.
Creat el 1936, el museu ha obert les seves portes només en l'any 1942. El 2006 ha estat declarat Museu d'Interès Nacional.
El Museu està situat al majestuós edifici gòtic de les Drassanes Reials (Drassanes Reials), l'antic arsenal de galeres de la Corona d'Aragó construït als segles XIII-XIV i ampliat posteriorment. Estem parlant de la drassana medieval més complet i millor conservat del món, catalogat com a Monument Històric - Artístic per la seva rellevància. Amb una superfície total de 18.000m2, el conjunt està format per una successió de deu naus sostingudes sobre pilars rectangulars i per diversos elements fortificats. Les naus tenen entre 8,40 i 13,5 metres d'ample, suficient per a la construcció i manteniment dels navios de guerra de l'època.
Al Port Vell de Barcelona el Museu Marítim guarda i manté en actiu diverses embarcacions històriques com el pailebot Santa Eulàlia, el pot Pòl·lux, el veler Drac i el llaüt Lola. Al Moll de Bosch i Alsina està amarrat el Santa Eulàlia, un veler de tres pals i 46 metres d'eslora construït el 1918. El vaixell pot ser visitat tots els dies excepte el període quan està navegant.