Хронологические рамки фондовых коллекций чрезвычайно широки: от памятников археологии эпохи неолита до образцов советской облицовочной керамики. И всё же большая часть экспонатов относится к периоду Средневековья и нового времени. Создание фонда связано с именем первого директора музея Петра Дмитриевича Барановского (1892–1986), благодаря подвижнической деятельности которого сформировано уникальное собрание русской иконописи и произведений декоративно-прикладного искусства.
Создание коллекций относится к 1920-м годам — времён создания музея и начала трагических событий уничтожения московских памятников архитектуры. Музейные сотрудники, спасая предметы искусства, перемещали их в музейное хранилище. В Коломенское на лошадях вывозились конструкции иконостасов, книги и рукописи, напольные железные плиты, металлические двери и оконные решётки, изразцы и резные белокаменные детали убранства храмов. Эти предметы, спасённые от уничтожения, составили основу уникальной коллекции древнерусской живописи и декоративно-прикладного искусства.
Это определило особенности музейного фонда Коломенского: преобладание в нём образцов церковного искусства и наличие целых комплексов из уничтоженных храмов: фрагментов белокаменного и изразцового декора, икон, книг, церковной утвари и т. д.
Одним из источников поступления в Коломенское стал Государственный музейный фонд, сформированный в 1918 году за счёт предметов искусства, реквизированных у частных лиц, из особняков, церквей, монастырей, а затем распределявшихся по музеям.
В дальнейшем фонд Музея пополнялся за счёт целенаправленной закупочной деятельности, передач из архитектурно-реставрационных организаций, за счёт археологических раскопок на территории Коломенского и, по-прежнему, даров частных лиц.
Фонд музея «Коломенское» имеет уникальные по отечественным меркам условия хранения, размещаясь в первом в России специализированном здании, построенном в 1980 году.
Коллекция древнерусской живописи музея-заповедника содержит уникальное собрание русских икон XVI–XIX веков. Его большую часть составляют памятники, поступившие из разрушенных в 20–30-е годы XX века монастырей и храмов Москвы и Подмосковья. Основу коллекции заложил первый директор музея-заповедника, архитектор-реставратор П. Д. Барановский.
Одной из наиболее ценных частей собрания являются иконы XVI–XVIII веков, переданные в музей в 1939 году из упразднённого Соловецкого монастыря.
Великолепными образцами древнерусской живописи XVI века являются иконы «Богоматерь Гора Нерукосечная» и «Богоматерь Купина Неопалимая» — произведения высочайшего художественного уровня и глубокого символического содержания.
Икона «Успение Богоматери» первой трети XVII столетия, принадлежащая кисти известного царского иконописца Назария Истомина Савина, выполнена в характерной для него изысканной художественной и колористической манере. В XVIII веке на поля иконы был набит серебряный оклад в стиле «рококо».
Из местного ряда соловецкого Спасо-Преображенского собора происходит и хранящаяся в музее икона «Символ веры» конца XVII века. В 16 сценах на иконе иллюстрируется текст Символа веры — краткого изложения догматов Православия, а также отражены ключевые моменты священной истории, начиная с сотворения человека и заканчивая Страшным судом. Икона уникальна по иконографии и художественному исполнению.
Ценными экспонатами музея являются три иконы «Деисуса», происходящие из знаменитого деревянного дворца XVII века в Коломенском.
Центральная икона комплекса — «Спас Эммануил» — представляет Отрока-Христа, восседающего на престоле, к ногам которого припадают святые Артамон и Евдокия. Это патрональные святые заказчиков иконы — Артамона Сергеевича Матвеева и его супруги. Боярин А. С. Матвеев (1625–1682) — видный государственный деятель, дипломат, играл значительную роль при дворе царя Алексея Михайловича в последние годы его правления.
В собрании музея хранятся иконы, написанные прославленными царскими изографами во второй половине — конце XVII столетия. Среди них «Троица Ветхозаветная» 1677 года письма Симона Ушакова и Никиты Павловца, «Святитель Николай Чудотворец» 1677 года Фёдора Зубова, «Богоматерь Тихвинская со сказанием» 1697 года Кирилла Уланова.
Особую коллекцию музея-заповедника составляют иконы XVI–XIX веков с изображением древнерусской архитектуры. Это образы русских святых на фоне основанных ими монастырей и храмов, а также городов, в которых они прославились.