天津博物館是一座大型歷史藝術綜合性博物館，擁有涉及歷史文獻、青銅器、陶瓷器、金銀器、玉器、書畫、甲骨、硯臺、郵票、璽印、錢幣最具特色，在國內收藏界名列前茅。
歷代書畫是天津博物館館藏最重要的組成部分，以數量可觀、品質精良在中國博物館界享有聲譽。在萬餘件繪畫藏品中，除了部分宋元時期的精品外，以明清時期的作品為收藏大宗。而宋元時期的繪畫雖然數量較少，但都是畫史上的名家名作。如北宋范寬的《雪景寒林圖》是氣勢磅薄的巨幅山水畫，亦是其存世最為可信的畫作之一；北宋張擇端的《金明池爭標圖》、南宋李唐的《濠梁秋水圖》、蕭照的《中興瑞英圖》、趙孟堅的《水仙圖》、馬遠的《月下把杯圖》、元代錢選的《花鳥圖》、邊魯的《起居平安圖》等均是中國繪畫史上的名作。明清中國畫壇，技法多樣、流派紛呈。天津博物館收藏的明清時期的繪畫，涉及到這一時期的絕大部分著名畫家以及各個畫派，數兩眾多、體系完整，如“明四家”、“吳門畫派”、“松江畫派”，清初的“四王、吳、惲”、“四僧”、“金陵畫派”、“揚州畫派”等畫派的主要畫家的作品均有不俗收藏。
天津博物館所藏法書，既有東漢及魏晉南北朝時期的名碑拓本，又不乏後期書法大家的傳世佳作，尤其是明清時期的藏品最豐富，幾乎涉及所有史上名家。在這些數量眾多的法書作品中，頗多經典之作，其中以唐摹王羲之草書《寒切貼》、元趙孟頫行書《洛神賦》、明宋克草書臨《急就章》等最令世人矚目。
此外，天津博物館還收藏有數量可觀的近現代書畫名家的作品，如“海派”、“湖社”、“嶺南”等重要畫派的主要代表以及一些譜寫了中國畫壇輝煌的畫家，如吳昌朔、張大千、溥心畬、傅抱石、徐悲鴻、黃賓虹、齊白石、陳師曾等人的作品均有收藏，足以構成一部二十世紀中國書畫發展史，這在綜合性博物館中尤為難能可貴。
天津博物館的瓷器收藏，幾乎貫穿了整個中國瓷器發展史。從三國兩晉時的青瓷到宋代制瓷業蓬勃發展時期的五大名窯瓷器，從元代景德鎮窯的青花、青白瓷到明清制瓷業高峰時期所生產的各種瓷器類別均有收藏，其中更不乏眾多可稱作典範的代表性器物。早期的如隋白釉雙龍首聯腹傳瓶、唐白釉辟雍瓷硯、宋官窯紋洗、元龍泉窯瓷塑觀音等。值得一提的是，館藏明清兩代的瓷器多以御用官窯器在國內博物館界享有很高聲譽，各種顏色釉和絢麗多姿的釉下、釉上彩繪瓷均有收藏，其中尤以青花和彩瓷最為突出。明代永樂、宣德時期是青花瓷燒造的黃金時代，館藏一批永宣時期的青花，如明永樂青花梵文無擋尊、明永樂青花雙龍紋扁壺、明永樂青花枇杷綬帶鳥紋盤、明宣德款青花雲龍紋缽、明宣德款青花雲龍紋天球瓶等等，以造型優美，青花色澤深沉艷麗，代表了青花瓷燒造的最高水準。至於彩瓷則更為可觀，有釉裏紅、五彩、鬥彩、琺瑯彩、素三彩、墨彩、金彩等各種釉上、釉下彩，繽紛粲出，佳作跌出。如明洪武釉裏紅松竹梅紋罈、明成化款青花填綠彩龍紋盤、明嘉靖款五彩魚藻紋蓋罐、明碗裏款青花五彩飛鳳紋葫蘆壁瓶、清乾隆款琺瑯彩芍藥雉雞玉壺春瓶等都是瓷器發展史上的經典佳作。彩瓷之絢爛與青花之幽雅相映成趣，構成天津博物館瓷器收藏的兩大看點。
館藏的中國古代玉器在國內外有著舉足輕重的地位，其特點是自成系統，精品薈萃。在三千多件玉器藏品中，時代跨度久，從新石器時代到民國均有收藏，而新石器時代紅山文化玉器，則是除遼寧、內蒙古等原出土地外藏品數量較多的博物館。商代、戰國、兩漢的玉器以數量和品質，在國內博物界名列前茅。如商玉笄、商青玉甲子錶殘版、西周嶲事燕形玉佩、春秋黃玉谷紋龍首璜、戰國青玉行氣銘飾、漢白玉雲紋龍首帶鉤等，或具有極高的歷史研究價值，或玉質純正，雕琢精絕，極富藝術美。南北朝至明清時期的玉器收藏，則以較大型的圓雕作品為主，各種陳設器、動物、人物形雕刻、配飾、宮廷日用器等琳瑯滿目，異彩紛呈。如唐黃玉駱駝、宋青玉鵝形盒、元青玉龍紋壺、清乾隆款墨玉描金經文佛像缽、清末碧玉獸面紋提梁卣、清末翡翠蟈蟈白菜等都是材質精良，雕刻純熟的佳作。
殷墟甲骨和敦煌遺書是十九世紀末中國學術界的重大發現，作為新史料，甲骨和敦煌遺書的面世推進了學術研究的進程。幸運的是，它們都和天津這片收藏的沃土結下了深厚的淵源。天津是最早集藏和研究甲骨的城市，王襄等人更在甲骨學史上取得了卓著成就，也因之留存下近千片甲骨。這些甲骨內容涉及到田獵、祭祀、征伐、生育、天象等各個發面，是研究殷商歷史的珍貴資料。
敦煌遺書的發現推進了5－11世紀中國、中亞等地區相關歷史學、考古學、人類學、語言學、文學史、藝術史、科技史以及歷史地理的研究。因為其珍貴的價值，自發現之日起這些遺書即屢遭劫掠，很多珍貴的寫本都流失到海外。在國內為數不多的幾家收藏機構中，天津博物館以收藏三百餘件敦煌遺書名列前茅。
一般來講，文房用具並不是大多數綜合性博物館收藏的主流，但天津博物館收藏的文房用具卻極為豐富，其中又以硯臺最為精美。所藏古硯材質多樣，不但有石硯，還有玉硯、瓷硯、瓦硯、鐵硯、銅硯、澄泥硯、瑪瑙硯、水晶硯、料硯、竹硯、木硯、漆硯、砂硯、磚瓦硯等，而且四大名硯（端石、歙石、洮河石、澄泥）更是應有盡有。這些硯臺大多質料名貴，造型典雅，雕刻精美，是極完備的研究中國古代硯臺發展演變的實物資料，其中更有許多是硯臺發展史上的名品。如清黃任銘墨雨硯，因其硯身上的點點墨色斑紋似絲絲細雨而得名。大自然的鬼斧神工與雕刻家的精湛技藝在這得到了完美的統一。
館藏銅器有一些堪稱國之瑰寶、馳名海內外的青銅重器。如西周太保鼎是罕見的四足大方鼎，也是清代末年著名的“梁山七器”之一；西周夔紋銅禁是迄今為止僅見的三件銅類器之一；西周克镈以紋飾的繁複華美令人嘆為觀止；戰國楚王鼎更有“南北楚器之冠”的美譽。此外，還有一些罕見的刻銘銅器，如西漢平都犁斛、西漢上林共府升、東漢陽燧、唐二十八宿紋銅鏡等，其銘文或圖像等都具有很高的科學價值，是研究我國古代度量衡制、物理學、天文學的重要實物資料。
收藏、研究、陳列本地區民間藝術是地方博物館的重要指責。天津因為特殊的人文背景，一直是民間藝術極其繁盛的地區，近代有“小雕塑之鄉”、“年畫之鄉”、“風箏之鄉”的美譽。天津博物館藏有大量本地區民俗及民間藝術品，如自成系列的“泥人張”第一、二、三、四代傳人的彩塑作品；高蔭章版楊柳青年畫以及魏元泰風箏、尹德元剪紙等，是系統保護和弘揚天津地方文化的重要機構。
此外，館藏曆代錢幣、璽印、郵票也以品類齊全、數量眾多、體系完整在國內外研究界享有盛譽。囿于篇幅，此處不一一贅述。
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