本館は、この地域のかつての主要産業であった養蚕・蚕種業の象徴である蚕室造りをかたどって設計されたもので、上田地域の中世以降の歴史を通観できる歴史・民俗・自然資料等を展示・収蔵しています。別館は、真田氏に関する資料を中心に展示しています。

特色ある収蔵品としては、歴代上田藩主である真田氏・仙石氏・松平氏の甲冑ほか上田藩関係資料、織田信長所用韋胴服（国重要文化財）、反射望遠鏡（ 〃）、染屋焼コレクション（国重要有形民俗文化財）、養蚕資料、古文書類などがあります。

なお、原始・古代にかかわる考古資料は、信濃国分寺資料館で展示・収蔵しています。