Die Sammlung geht in ihren Ursprüngen bis zum Jahre 1909 zurück. Zu diesem Zeitpunkt wurde eine städtische Altertums-Kommission gegründet, die einen wichtigen Bestand an kulturhistorisch wertvollen und regionalgeschichtlich bedeutsamen Exponaten zusammengetragen und gesichert hat. Im Jahre 1932 wurde, auf diesem Grundstock aufbauend, das Hoyerswerdaer Stadtmuseum gegründet.
Der heutige Sammlungsbestand dient der wissenschaftlichen Dokumentation, der Bewahrung, Forschung, Vermittlung und Präsentation der stadt- und regionalgeschichtlichen Entwicklung und umfasst folgende Hauptbereiche:
Die archäologische Sammlung ermöglicht einen umfassenden Überblick über die Siedlungsgeschichte des Territoriums der Stadt Hoyerswerda und ihrer Umgebung. Alle Epochen der frühgeschichtlichen Entwicklung – von der Altsteinzeit bis zur germanischen Besiedlung – sind dokumentiert. Zahlreiche Gefäße, Schmuck und Werkzeuge aus der Bronzezeit beweisen eine besondere Siedlungsdichte in diesem Zeitraum. Eine Sammlungserweiterung ist entsprechend dem Sächsischen Denkmalschutzgesetz kaum zu erwarten.
Die kulturgeschichtliche Sammlung beinhaltet kleinere Bestände zum Mittelalter und zur Schlossgeschichte, eine umfangreiche Sammlung zum Handwerk in Hoyerswerda (Innungskannen, Innungsladen, Innungsbücher, eine komplette Böttcherwerkstatt), Exponate zum Alltagsleben.
Eine besondere Stellung hat der Sammlungsbestand zur Geschichte und Kultur der Sorben im Hoyerswerdaer Trachtengebiet.
Seit 1989 wird außerdem zur Entwicklung von Hoyerswerda nach 1955 im Zusammenhang mit dem Aufbau des Kombinates Schwarze Pumpe gesammelt, verstärkt auch Sachzeugen zur DDR- Geschichte. Zur Alltagsgeschichte der DDR soll der Sammlungsbestand nur dann erweitert werden, wenn es sich um regionaltypische, besondere Gegenstände handelt. Der Sammlungsschwerpunkt liegt hier künftig auf der Entwicklung zur Architekturgeschichte und zu den Veränderungen in der Stadt im Rahmen des Rückbaus/Stadtumbaus und dessen Auswirkungen auf die Entwicklung der Stadt und seine Bewohner.
In den letzten 20 Jahren entstand außerdem ein neuer Sammlungsschwerpunkt: Dokumente, Fotos und Sachzeugen zum Lager Elsterhorst. Hervorgerufen durch das starke nationale und internationale Interesse an diesem Kriegsgefangenen- und Vertriebenenlager in Elsterheide bei Hoyerswerda hat sich das Museum verstärkt der Erforschung der Lager-Geschichte gewidmet und aus den vorliegenden Beständen eine Ausstellung erarbeitet, die zunächst als Wanderausstellung konzipiert war. Inzwischen ist ein ständiges Ausstellungs- und Dokumentationszentrum auf dem ehemaligen Lagergelände entstanden.
Im ehemaligen Schlosspark befindet sich heute der Zoo Hoyerswerda, der aus dem Tiergarten hervorgegangen ist. Mittlerweile kann die Stadt auf fast 60 Jahre Bürgerzoo zurückblicken. Zur Entwicklung des Zoos soll künftig gezielt gesammelt werden. Hierzu gehört eine Fotodokumentation ebenso wie die gezielte Anschaffung von Präparaten und Anschauungsmaterial in enger Abstimmung und Zusammenarbeit mit der wissenschaftlichen Leitung des Zoos.
Ein Fotobestand von etwa 16.000 Fotografien zur Stadt und zum ehemaligen Kreis Hoyerswerda ermöglicht die bildliche Darstellung von Entwicklungen. Die Fotothek wird ständig erweitert, indem regionale Ereignisse und das Baugeschehen festgehalten werden. Der Fotobestand wird digitalisiert und thematisch zugeordnet.
Ein Dokumentenarchiv (zeitliche Einordnung: frühes 17. bis Ende 20. Jahrhundert) ermöglicht die Erforschung der regionalen Geschichte. Auch hier wird der Bestand erweitert, vor allem um Dokumente aus dem 20. Jahrhundert. Die Handbibliothek beinhaltet überwiegend Veröffentlichungen zur Hoyerswerdaer Geschichte. Hervorzuheben sind der fast vollständige Bestand der regionalen Zeitungen seit Beginn ihres Erscheinens im Jahre 1842 bis zur Gegenwart, die preußische Gesetzessammlung, die Reichsgesetzblätter, das Amtsblatt der Königlichen Regierung zu Liegnitz.
Ein umfangreicher Plakatbestand zu kulturellen, politischen und sportlichen Ereignissen in Hoyerswerda (1950 – Gegenwart) ist vorhanden.
Diese Sammlung umfasst einen bedeutenden Fundus von mehr als 600 Werken der bildenden Kunst des 20. Jahrhunderts (Malerei, Grafik, Plastik) – die ehemalige städtische Kunstsammlung. Dazu kommen Bestände der städtischen Altertums-Kommission, Werke von Hoyerswerdaer Künstlern, wie Jürgen von Woyski, Günter Peters, Kurt Klinkert, Karl Leder, Ernst Janetzky, Manfred Vollmert und anderen. Der umfangreiche künstlerische Nachlass von Günter Peters (langjähriger Museumsdirektor und Gründer des Hoyerswerdaer Zoos) hat für das Museum eine besondere Bedeutung und befindet sich noch in der Aufarbeitung. Regionale Künstler sollten (nach Fertigstellung des Depots) weiterhin gesammelt werden.
Der mineralogische Bestand beinhaltet einige hundert Minerale, Fossilien und Gesteine (vorrangig regionale Belege). Besonders wertvoll ist eine Sammlung des Geologen Kurt Genieser, dabei vor allem nördliche Geschiebe der Eiszeit und südliche Gerölle, die mit Flüssen (v.a. der Elbe) abgelagert wurden.