Nurmeksen museon kokoelman perustan muodostaa talonomistaja Väinö Hämäläisen (1883-1947) Nurmeksen kauppalalle lahjoittama historiallinen esinekokoelma. Virikkeen vanhojen esineiden keräämiseen Hämäläinen sai 1910-luvun jälkipuolella Valtimolla asuessaan, kun mutahaudan kaivauksen yhteydessä löytyi kivikaudelta peräisin ollut ruuhen mela.  Esinekokoelmansa Hämäläinen keräsi 1920- ja 1930-luvuilla pääasiassa Nurmeksesta ja lähikunnista, mutta myös muualta Itä-Suomen alueelta. Toinen merkittävä kokonaisuus Nurmeksen museossa on Nurmes-Seuran 1960- ja 1970-luvuilla keräämä maatalous- ja arkielämään liittyvä esinekokoelma. Nurmes-Seura ylläpiti maatalousmuseota vanhassa viljamakasiinissa vuoteen 1984 saakka, jolloin esineistö lahjoitettiin Nurmeksen museoon. Muita suurempia esinekokonaisuuksia ovat mm. Nurmeksen osuusmeijerin vanha esineistö sekä Nurmeksen maatalousoppilaitoksen lahjoittamat maatalouslaitteet ja -koneet.