Lietuvos jūrų muziejaus rinkiniai komplektuojami atsižvelgiant į muziejaus misiją, viziją, strateginius tikslus ir uždavinius, veiklos tikslus bei funkcijas, apibrėžtus Muziejaus nuostatuose. Rinkiniai naudojami teikti informaciją visuomenei ir yra indėlis į gamtos, kultūros ir mokslo paveldo apsaugą. Jie tyrinėjami, tyrimų rezultatai publikuojami, rengiamos nuolatinės ekspozicijos, laikinos ir kilnojamos parodos, pasitelkiant muziejines vertybes, organizuojama edukacinė veikla.
Lietuvos jūrų muziejaus rinkiniai pradėti kaupti 1967 m. įsteigus Klaipėdos kraštotyros muziejaus Jūrų skyrių. Dalis šiame muziejuje sukauptų vertybių buvo laivybos istorijos ir žvejybos tematika. Pirmoji jūrinė ekspozicija, vadinama „fondine ekspozicija“, atidaryta 1971 m. nedideliame pastate Klaipėdos centre – H. Manto g., Nr. 14.
Tai buvo trumpas istorinis pasakojimas apie laivus ir jūrininkus bei eksponuota pasiskolinta Klaipėdos uosto locmano Felikso Rimkevičiaus kriauklių kolekcija. Lankytojų susidomėjimas šia ekspozicija paskatino jūrų gamtos vertybių kaupimą. Aktyviai komplektuotos ir su laivybos istorija susijusios muziejinės vertybės – ikonografinė ir dokumentinė medžiaga, navigaciniai prietaisai, laivų modeliai ir maketai.
1975 m. spalio 1 d. Jūrų skyrius tapo savarankišku Klaipėdos jūrų muziejumi. Iš Kraštotyros muziejaus rinkinių jūrų muziejui buvo perduota apie 3000 objektų. 1975 m. balandžio–birželio mėnesiais įvyko pirmoji ekspedicija su Klaipėdos žvejais į Vidurio Rytų Atlantą. XX a. 8–9 dešimt. su žvejybinio laivyno tralerių pagalba rinkti jūrų gyvūnijos egzemplioriai – vėžiagyviai, dygiaodžiai, moliuskai ir žuvys. Apdirbus laboratorijoje jie tapo jūrų faunos preparatų rinkinio vertybėmis ir eksponatais.
Klaipėdos valdžios sluoksniuose kilus idėjai apleistame Nerijos forte įkurdinti Lietuvos jūrų muziejų, nuspręsta išskirtiniame gynybinio jūrinio paveldo statinyje pristatyti laivybos istorijos ir jūrų gamtos temas. Rengiant laivybos istorijos ir jūrų faunos preparatų ekspozicijas, vertybės buvo kaupiamos, atsižvelgiant į planuojamą turinį, nevengiant kopijų, muliažų, maketų. Muziejaus kūrėjas, pirmasis direktorius Aloyzas Každailis sakė:
– Sunkiai sekėsi atkurti senąją lietuvių laivybos istoriją, o dar sunkiau išreikšti ją muziejaus ekspozicijoje, nes stigo eksponatų. Juos sunaikino karas, kas liko, nusimetė per pokario suirutę... Mums liko menki likučiai, išsibarstę po visą Lietuvą. Eksponatų trūkumą kompensavome įvairių epochų laivų modeliais, kuriuos nagingi to reto pomėgio meistrai pagamino pagal muziejininkų pateiktą medžiagą.
1979 m. liepos 28 d. buvo atidarytas Klaipėdos jūrų muziejus Nerijos forte su jūrų gamtos ir laivybos istorijos ekspozicijomis. Forto aplinkoje įsikūrė rekonstruota XX a. pirmos pusės Šventosios pajūrio žvejo sodyba su etnografine ekspozicija ir laivų veteranų aikštelė (dab. Senųjų žvejybos laivų aikštelė) su ant kranto iškeltais įvairaus laikotarpio marių ir jūrų žvejybiniais laivais. 1979 m. pabaigoje muziejaus rinkiniuose buvo 5060 muziejinių vertybių. Po dvidešimties metų rinkinius jau sudarė virš 36 000 vertybių, 2009 m. – 86 000. Nuo 2010 metų gyvieji eksponatai tapo biologiniu turtu ir jiems yra parengta gyvūnų laikymo ir rūšinės sudėties komplektavimo strategija.
Pagal 2023 m. atnaujintus Lietuvos jūrų muziejaus nuostatus vienas pagrindinių veiklos tikslų yra kaupti, saugoti, tyrinėti ir populiarinti muziejines vertybes, pristatančias laivybos istoriją, Lietuvos, kaip jūrinės valstybės, istoriją bei jūros gamtos įvairovę, ekologiją. Muziejaus rinkiniai kaupiami ir sisteminami šiomis pagrindinėmis kryptimis: pasaulinio vandenyno ir Baltijos jūros fauna, Lietuvos laivybos ir jūreivystės istorija, Lietuvos pajūrio ir pamario žvejyba, žvejų buitis. Atsižvelgiant į pobūdį, muziejaus rinkiniai skirstomi į – jūrų faunos preparatai JF, mineralai GM, archeologija A, etnografija LE, numizmatika N ir NM, filatelija F, laivų technika LT, fotomedžiaga LIF, dailės kūriniai D, rašytiniai šaltiniai LIS, filokartija FK, faleristika NF, kiti daiktai LID, R. Vilko jūrininkystės archyvas RVA, ginklai GK.
2023 m. sausio 1 d. duomenimis muziejaus rinkinius sudaro 93 994 vnt. vertybių, saugomų pagrindiniame ir pagalbiniuose fonduose. Jūrų gamtos ir laivybos istorijos eksponatų apytikris procentinis pasiskirstymas – 40 % ir 60 %.
