Riche de plus de cinq mille pièces, le musée dresse un panorama complet de la faïence rouennaise, du XVIe siècle à la fin du XVIIIe siècle, et en expose les plus beaux fleurons : pavements de la Renaissance de Masséot Abaquesne, grands plats d’apparat à décor rayonnant du début du XVIIIe siècle, pièces décorées à l’ocre niellé, peintures et sculptures monumentales en faïence comme les exceptionnelles Sphères céleste et terrestre de Pierre II Chapelle (1725) ou la série des bustes des Saisons (1730).

Si la faïence de Rouen représente plus des deux tiers des collections, le musée conserve aussi de remarquables ensembles d’autres centres faïenciers tels que Delft, Nevers et Lille qui permettent de replacer cette histoire locale dans le contexte plus général de la céramique européenne, des majoliques italiennes du XVe siècle aux créations de la manufacture de Sèvres des années 1930.​