Формирование коллекции Евпаторийского краеведческого музея началось в 1916 году, когда городская управа приняла решение о создании в городе с многовековой историей археологического музея. В 1921 г. собранные в управе античные находки, фарфор и книги из национальной караимской библиотеки «Карай Битиклиги», созданной в 1913 г., предметы нумизматики, текстиль, картины легли в основу собрания создающегося музея. Но большая часть коллекции, собранной на первом этапе существования музея, а также его архив были разграблены в период фашистской оккупации. В апреле 1944 года было установлено, что из музея вывезено большое количество ценных ковров, серебряных монет и другие предметы, ущерб исчислялся в 600 тысяч рублей.
На сегодняшний день в коллекции хранится более 100 тысяч предметов. Самой большой группой хранения является документальный фонд, в который входят более 45 тысяч музейных предметов ХYIII – XXI вв. Большая часть коллекции - материалы, характеризующие жизнь города, его здравниц, предприятий и отдельных горожан. Документы отражают различные этапы, как мировой истории, так и истории России, СССР, Крыма. Особое место в коллекции занимают около 300 книг из караимской национальной библиотеки Карай-Битиклиги, издания местной печати, начиная с 1916 г. и по 1980-е гг., подшивки центральных, республиканских и ведомственных газет времен Великой Отечественной войны.
36 тысяч предметов насчитывает собрание археологии, охватывающее хронологический период от каменного века до средних веков. В коллекции, сформированной на основе материалов археологических экспедиций 1896-2006 гг. на территории Северо-Западного Крыма, в целом, и античного города Керкинитиды, в частности, встречается как массовый материал, так и уникальные предметы. В числе последних, одно из самых больших в России собраний скифских каменных изваяний, четыре из восьми найденных в Северо-Западном Крыму рельефов с изображением отдыхающего Геракла, расписные терракоты.
На протяжении почти полутора веков, евпаторийские фотографы фиксировали важнейшие вехи в жизни города и отдельных его граждан. Самая ранняя фотография датирована августом 1877 г. Сейчас фонд фотографий насчитывает более 5400 предметов.
Более 5000 предметов быта, изделий декоративно-прикладного искусства являются вещественными свидетельствами жизни города ХYIII – ХХ в. В их числе образцы мебели, русского и восточного фарфора, работы караимских и крымско-татарских мастериц золотого шитья.
В коллекции нумизматики, насчитывающей более 4300 предметов, представлены монеты античных городов Северного Причерноморья, Крымского ханства, России и зарубежных стран, ордена, медали, нагрудные знаки, принадлежавшие жителям Евпатории, а также памятные и сувенирные медали и знаки.
Из коллекции более чем в 1000 бон – бумажных денежных знаков России, СССР, зарубежных стран – наибольший интерес вызывают боны евпаторийской управы и потребительских обществ города, выпущенные в период 1916-1918 гг.
Фонд искусства включает в себя более 900 произведений живописи и графики. Гордостью музея являются акварели, отображающие восстановление евпаторийского курорта, выполненные академиком батальной живописи Н.С.Самокишем в 1920 году, а также работы евпаторийских художников: преподавателей гимназий города Г.Х.Бояджиева и А.Л.Оприца и ученика Н.С.Самокиша, члена Союза художников Ю.В.Волкова.
Особое место в фондах музея занимают более 1000 предметов естественнонаучной коллекции. Здесь собраны чучела представителей степной и морской фауны, образцы растительности степи и города, палеонтологические останки древних животных, полезные ископаемые края.
О жизни Евпатории и ее граждан также рассказывают иконы (около 100 предметов, самые ранние из хранящихся в музее писаны в ХYIII в.), образцы оружия (более 200 предметов холодного и огнестрельного оружие от времен Крымского ханства до Великой Отечественной войны), негативы (включает чуть больше 80 музейных предметов, особо надо выделить стеклянные негативы 1950-х гг. с изображением семьи Черкес-Щукиных)