В течение десятилетий в учебном заведении проводилась кропотливая работа по сбору материалов. Важнейшими источниками формирования коллекции музея стали экспонаты, связанные с преподаванием естественных и горных наук: приборы, инструменты, макеты.

Непосредственными свидетелями истории являются похвальные листы, аттестаты, свидетельства XIX - начала XX вв.; рисунки учеников Выйского заводского училища Дмитрия Шорина (1830) и Якима Ерофеева (1844); папки с чертежами и рисунками ученика НТГЗУ Николая Осинцева; альбом «План реки Чусовая. Нижне-Тагильское горнозаводское училище» 1912-го года и рукописная книга «Описание экскурсий 1908-1911 гг.» М.А. Дмитриева. Особый интерес вызывают фотографии выпускников XIX- начала XX вв. на картоне…

В 1980-е гг. фонды музея пополнились работами М.В. Дистергефта и Е.В. Седухина. Картины художников органично вписались в экспозиции всех залов.

Работа в государственном архиве Свердловской области позволила существенно пополнить фонды музея новыми именами, фактами, документами. Фонды ГАСО хранят множество дел, освещающих разносторонне деятельность Демидовской горнозаводской школы. Поиски позволили раскрыть удивительные страницы развития учебного заведения! Многие документы не были ранее опубликованы. Результаты исследований нашли отражение в экспозиции, как современного периода истории, так и дореволюционного.    

В рапорте в Санкт-Петербургскую контору в 1831г. запрашивается разрешение на преподавание Российского правоведения «Преподавание … может быть полезно для воспитанников: они с детства научатся знать обязанности гражданина и уважать Отечественные законы…».

Из журнала «О пребывании Его Императорского Высочества, Государя Наследника Цесаревича и Великого Князя Александра Николаевича в Нижнетагильском и Выйском заводах» стало известно о его посещении Выйского Демидовского училища.«…Обойдя классы, воротился в столовую, где изволил откушать постной пищи учеников, так как это было в пятницу, и изволил сказать: «щи хороши».

Листая «Ведомость о успехах и поведении учеников Выйского училища за август 1825г.», можно получить сведения о количестве учеников в классах, их возрасте, годах поступления, читаемых предметах и их тематике, оценках по предметам и поведению. Так, черчение планов преподавалось с третьего класса. Знания предметов оценивались по шкале: «изрядно», «порядочно», «довольно хорошо», «хорошо», «слабо»; поведение – «добропорядочно». В данной ведомости в Iм классе IIого отделения обнаружено имя Дмитрия Шорина и IIIм отделении Iого же класса имя Аммоса Черепанова.

Преподаватели училища ревностно относились к своим обязанностям, о чем свидетельствует «Представление учителя рисования и чистописания Василия Образцова Попечителю Демидовского заводского училища Д. Белову», в котором с пользой для дела предлагает «скорейшую методу обучения Геометрии» как способ более приспособленный к ремеслам Нижнетагильских заводов. Вместо преподавания Геометрии старой, изданной для народных училищ, он полагает ввести Линейное рисование. Образцов убедительно аргументирует преимущество линейного рисования как основы выполнения с натуры разных планов, заводских машин, а в заключение рекомендует «…рачительно изучать Геометрию и Механику К. Дюпена…».

Уникальным является алфавитный каталог на более чем 25 тысяч выпускников и картотека анкет, содержащая сведения о трудовой деятельности выпускников; аудио-видео материалы; фотопластинки; многочисленные публикации в прессе.

Фонды музея имеют свою библиотеку, независимую  от библиотеки колледжа. Кроме справочно-информационной и методической литературы в библиотеке хранятся книги выпускников учебного заведения с автографами, их научные труды, учебники, в том числе, датированные XIX веком.     Сформированы   личные комплексы известных преподавателей и выпускников колледжа, тематические пакеты по различным направлениям работы (история города, почетные выпускники, ученые, базовые предприятия, военно-патриотическое воспитание, учебная деятельность, трудовое воспитание, спорт, туризм и др.).

Экспонаты поставлены на учет. Основной фонд – более 2100 единиц  хранения; научно-вспомогательный – более 7200 единиц  хранения.

Музейные залы и фондохранилище установлены под охранную сигнализацию. В экспозициях коридоров используются копийные материалы.

Надо отметить, что более половины экспонатов основного фонда являются уникальными.

Наиболее уникальные экспонаты

- бронзовый звонок-колокол с надписью «Ково люблю - тово дарую-1830 г.»;

- магнитный штуф в бронзовой оправе из коллекции природных магнитов  Акинфия Демидова (всего в его коллекции насчитывалось 76 магнитов);

- учебники,  конспекты лекций, чертежи и рисунки  XIX- начала XX вв.;

- физические приборы и геодезические инструменты XIX- начала XX вв.;

- похвальные листы, аттестаты, свидетельства  XIX- начала XX вв.;

- письмо ученого-металлурга В.Е. Грум-Гржимайло от 6.04.1922 г., бывшего преподавателя Нижнетагильского горнозаводского училища;

- форма-мундир с головным убором ученика Нижнетагильского горнозаводского училища Н.Осинцева 1916 г.;

- фрагмент рельса Демидова 1896 г.;

- фотографии на картоне конца XIX- начала XX вв. (более 80);

- Альбом «План реки Чусовая. Нижне-Тагильское горнозаводское училище. 1912 г.» и рукописная книга «Описание экскурсий 1908-1911 гг. Составил М.А. Дмитриев, г. Н.Тагил»;

- археологические находки со стоянки  С. Дежнева 1667-1669 гг. (дар выпускника  1955 г. В.Ф. Старкова, археолога, д.и.н., ведущего научного сотрудника Института археологии РАН;

- письмо-поздравление  ректора Фрайбергской  Бергакадемии с 250 летним юбилеем техникума, 1959 г.;

- фронтовые письма, извещения, награды, трофеи участников Великой Отечественной войны;

- пригласительный билет на празднование 200-летнего юбилея в 1909 г. и многое другое.