Idea utworzenia kolekcji i muzeum łączy się także ściśle z dziejami TNT. Już bowiem w pierwszym statucie Towarzystwa z 1875 r. zawarto zapis stwierdzający, iż jednym z celów działalności powstającej organizacji będzie: § II: zbieranie i przechowywanie wszelkich pamiątek i zabytków krajowych. Wówczas tj. w roku 1875/1876 rozpoczęto także kolekcjonowanie eksponatów. Początkowo dążono do ukształtowania zbiorów o profilu historyczno-archeologicznym, zgodnym z zamiarem ukazania polskiej przeszłości ziem pomorskich, a także popularnością, jaką cieszyły się ówcześnie te dziedziny nauki w kontekście kształtowania pamięci historycznej grup narodowych. Oprócz przedmiotów, które miały bliższy lub dalszy związek z dziejami narodu zamierzano włączyć do kolekcji także uważane za wartościowe przedmioty pochodzące z innych społeczeństw i regionów, których zbieranie miało być świadectwem aktywności intelektualnej i poziomu naukowego polskich elit społecznych.
W pierwszych latach istnienia Towarzystwa kolekcja muzealna powstawała dzięki darowiznom i depozytom osób prywatnych – reprezentantów miejscowych elit społeczno-kulturalnych. Jeden z inicjatorów powstania Towarzystwa Zygmunt Działowski zainicjował także tworzenie muzeum przekazując znaczną kolekcję dzieł sztuki. Oficjalnie Muzeum otwarto 20 listopada 1876 roku – przed otwarciem do użytku publicznego Muzeum Czartoryskich i Muzeum Narodowego w Krakowie – Muzeum zorganizowane przez TNT zaliczyć więc należy do najstarszych polskich instytucji muzealnych. Urządzono je w 3 pokojach prywatnego mieszkania na ulicy Łaziennej w Toruniu.
Najistotniejszą i niewątpliwie najbardziej wartościową częścią ówczesnych zbiorów były zabytki archeologiczne. Taki stan rzeczy wynikał z zainteresowań samego Zygmunta Działowskiego, który zaprosił do Torunia członka Komisji Archeologicznej PAU Gotfryda Ossowskiego oraz celu jaki założyciele stawiali nowej instytucji – dowodzenie polskości Pomorza. W trakcie badań archeologicznych finansowanych przez samego Działowskiego, a prowadzonych pod kierunkiem Ossowskiego, przebadano kilkadziesiąt cmentarzysk zbierając szereg nowych eksponatów. Wynikiem tych prac były także wartościowe publikacje naukowe. O wysokiej wartości zbiorów archeologicznych TNT świadczy także fakt, iż w roku 1880 blisko 100 eksponatów zaprezentowano na wystawie w Berlinie na zaproszenie Towarzystwa Antropologicznego.
W roku 1881 położono kamień węgielny pod budowę siedziby Towarzystwa przy ulicy Wysokiej, a po dwóch latach przeniesiono do niej zbiory TNT. Formalnym zarządcą budynku noszącego wówczas nazwę „Muzeum” była spółka akcyjna „Muzeum w Toruniu”. Po śmierci Zygmunta Działowskiego (1878 r.) i opuszczeniu Torunia przez G. Ossowskiego utrzymanie zbiorów wiązało się z dużymi problemami finansowymi. Powstał nawet projekt przekazania eksponatów pod opiekę Poznańskiego Towarzystwa Przyjaciół Nauk, spotkał się on jednak z silnym sprzeciwem deponentów i ofiarodawców. Uzyskane wówczas środki finansowe pozwoliły na zakup sprzętu służącego wystawianiu zbiorów. Uporządkowano je i sporządzono katalogi. Znaczną część prac wykonał archeolog amator ks. Kazimierz Chmielecki. Wznowił on także, przerwane po wyjeździe Ossowskiego badania archeologiczne, powiększając zbiory Muzeum, a wyniki publikując na łamach „Roczników TNT”. Od roku 1905 zbiorami zajmował się toruński lekarz, dr Otto Steinborn, który opiekował się nimi do lat 20-tych XX wieku.
Po odzyskaniu niepodległości działalność Towarzystwa skupiła się na pracy wydawniczej, a brak środków finansowych uniemożliwił opracowywanie i eksponowanie systematycznie powiększającej się o kolejne dary i depozyty kolekcji. Największą wartość posiada zbiór ofiarowany Towarzystwu w roku 1931przez Walerego Cyryla Amrogowicza, na który składają się: 1. kolekcja monet i medali składająca się z ok. 2 tys. eksponatów (polskie i zagraniczne, od monet greckich, przez rzymskie, średniowieczne i nowożytne); 2. kolekcja znaczków pocztowych; 3. akwarele Mariana Mokwy, 4. zbiór rycin (250 egz.) w tym 127 autorstwa Daniela Chodowieckiego; 5. zbiór miedziorytów (ok. 200 sztuk: Chodowieckiego, Falcka, Breugla, Sebaldusa Behma, van Leykena, Callota, Rembranta ), kilka drzeworytów Dürera i innych, 6. inne zbiory w tym kaszubskie (szkice i pomiary chat kaszubskich), obiekty z bliskiego wschodu (tabliczki sumeryjskie).
W okresie zaborów i latach międzywojennych (do 1931 r.) zbiory muzealne TNT podzielone były na następujące działy:
I. przyrodniczy: obejmujący głównie minerały oraz obiekty paleontologiczne
II. archeologii przedhistorycznej: znalazły się tu depozyty, darowizny (pierwszą urnę twarzową nadesłał w darze ks. Roszczynialski z Oksywia), eksponaty z przypadkowych odkryć, niefachowych prac archeologicznych, a także materiały zebrane przez G. Ossowskiego i ks. K. Chmieleckiego. Wśród wielu zabytków archeologicznych znajdowały się wyroby kamienne, ceramika, narzędzia, broń i ozdoby z brązu, żelaza, kości, rogu, bursztynu, szkła, srebra i gliny. Na szczególną uwagę w tym dziale zasługują urny twarzowe. Zbiory pochodzą m.in. z Torunia, Podgórza, Wabcza, Grabowa, Nawry, Oksywia, Tucholi, Brodnicy, Matarni, Wejherowa i wielu innych.
III. Dział zabytków historycznych: obrazy i fotografie (królowie i inne znane postaci, działacze TNT, sceny historyczne); odlewy gipsowe i metalowe (m.in. popiersia Kopernika, Mickiewicza, Słowackiego, Kościuszki); rytownictwo; rzeźba; przedmioty codziennego użytku: militaria, ceramika (naczynia i inne przedmioty ceramiczne od XVI w.); rozmaitości: m.in. globus z XVII wieku, lusterka, porcelana, obrusy i inne; numizmatyka: monety przedhistoryczne, kilkadziesiąt monet rzymskich, łącznie blisko 600 monet polskich i zagranicznych plus medale, pieczęci etc. Dział zabytków historycznych jak pozostałe był wynikiem darów, w 2/3 eksponaty pochodziły z kolekcji Z. Działowskiego.
Momentem przełomowych w dziejach zbiorów muzealnych TNT był rok 1930, kiedy zawarta została umowa pomiędzy Towarzystwem Naukowym a Muzeum Pomorskim w Toruniu, na mocy której Muzeum przejęło jako depozyt kolekcję TNT. Należy podkreślić, że zbiory muzealne Towarzystwa wraz z eksponatami Coppernicus Verein tworzyły zasadniczy zrąb zasobu muzealnego nowej placówki kulturalnej Pomorza. Obecnie zbiory muzealne Towarzystwa pozostają w depozycie Muzeum Okręgowego w Toruniu, które kontynuuje tradycje Muzeum Pomorskiego.
Obok zbiorów muzealnych w skład kolekcji Towarzystwa Naukowego w Toruniu wchodzi bogaty zbiór starodruków przechowywanych obecnie w depozycie Książnicy Miejskiej w Toruniu. Zasób ten dzieli się na trzy grupy: 1. zbiór gromadzony przez TNT, 2. stare druki pochodzące z daru ks. Stanisława Kujota oraz 3. stare druki w zbiorze Walentego Fiałka. Zbiór starodruków ze zbiorów TNT przedstawia szczególną wartość ze względu na znaczną liczbę druków polskich. Polonica znajdują się zarówno w zbiorze właściwym TNT jak i w darach ks. Kujota i Walentego Fiałka. Dary te pozwalają na poznanie księgozbiorów ówczesnych polskich elit intelektualnych z terenu Pomorza. Zbiór ks. Kujota jest wynikiem jego zainteresowań i obejmuje przede wszystkim druki teologiczne i historyczne. Kolekcja W. Fiałka jest zbiorem bibliofilskim, podręczną biblioteką drukarza i wydawcy, warsztatem pracy wydawnictwa. Zbiory TNT (księgozbiór właściwy) analogicznie do zbiorów muzealnych jest wynikiem darów i zapisów. Brak w nim jasnej orientacji jest jednak dowodem zainteresowań czytelniczych mieszkańców regionu. Cenną częścią zbioru jest, choć niepełna, kolekcja czasopism z XVIII wieku oraz dzieł literatury oświecenia i podręczników z okresu działalności Komisji Edukacji Narodowej. Trzy zbiory wzajemnie się uzupełniają, stanowiąc doskonałe źródło informacji na temat książek czytanych wśród inteligencji polskiej na Pomorzu w końcu XIX i na początku XX wieku. Druki gromadzono od początku działalności TNT, a w roku 1923 złożone zostały jako depozyt nowo powstałej Książnicy Pomorskiej.
Obecnie na kolekcję zbiorów muzealnych Towarzystwa Naukowego w Toruniu skłądaja się eksponaty rozproszone pomiędzy działami Muzeum Okręgowego: 209 eksponatów w zbiorach sztuki Dalekiego Wschodu, 343 eksponaty w zbiorach graficznych, 3264 eksponaty w zbiorach nuizmatycznych i medalierskich, 574 eksponaty w zbiorach archeologicznych, 90 eksponatów w zbiorach rzemiosła, 51 eksponatów w zbiorach sztuki średniowiecznej, nowożytnej i nowoczesnej oraz 40 eksponatów w zbiorach działu historii Torunia (w tym masonika i eksponaty Bractwa Kurkowego). Na zbiór starodruków składa się obecnie 1302 pozycje w 1542 woluminach. Zebrane druki pochodzą z różnych okresów: 40 spośród nich jest nie datowanych, 1 pochodzi z wieku XV, 77 z XVI stulecia, 307 z XVII wieku i 877 z XVIII stulecia.