Das Historische Museum sammelt Kulturgut zur Geschichte der Stadt und Region Olten. Es weist in seinen Sammlungen reiche Bestände zur Geschichte des Kantons auf. Drei wichtige Schwerpunkte bilden die Themen Industrie-/Technikgeschichte, Alltagskultur und Sozialgeschichte.

Bedeutende Sammlungen im Historischen Museum sind:

Von den ersten Zeugnissen lokaler Fotopioniere wie zum Beispiel des Kapuzinerpaters Matthäus Keust über bedeutende Fotografen am Jurasüdfuss wie Roland Schneider, Franz Gloor oder Thomas Ledergerber beherbergt das Historische Museum Olten wahre Schätze, welche hohen dokumentarischen Wert besitzen. Sie veranschaulichen die Veränderungen der Stadt, der Region und des Kantons. Zu den wichtigen Beständen der Industriefotografie gehört zweifellos das Fotoarchiv der ehemaligen Lastwagenfabrik Berna.

Unter den Schweizer Trachten ist die Solothurner mit ihrem Deli genannten Brustschmuck aus Gold oder Silber eine der prächtigsten ihrer Art. Das Historische Museum Olten kann mit einer einzigartigen Sammlung an Trachtenschmuck aufwarten, die vom 17. bis ins 20. Jh. reicht. Diese umfasst nicht nur Deli, sondern auch Trachtenkreuze. Ausserdem dokumentiert sie ein raffiniertes Goldschmiedehandwerk.

Seit Langem bildet die Beleuchtungsgeschichte einen Schwerpunkt der Sammlung. Zahlreiche herausragende Schenkungen haben bis in jüngste Zeit den Bestand erweitert. Von den ersten Öl- und Talglampen bis zu elektrischen Strassenlaternen lässt die Sammlung die Entwicklung der Beleuchtung nachvollziehen.