Biblioteka, Archiwum i Muzeum WTM gromadzi materiały dokumentujące polską kulturę muzyczną XIX w. ze szczególnym uwzględnieniem życia muzycznego Warszawy. Do zbiorów WTM trafiły kolekcje muzykaliów zgromadzone przez Józefa Wielhorskiego, Józefa Sikorskiego, Adama Münchheimera i Jana Karłowicza, oraz spuścizny kompozytorskie Józefa Stefaniego, Ignacego Feliksa Dobrzyńskiego, Stanisława Moniuszki, Zygmunta Noskowskiego, Michała Hertza, Mieczysława Karłowicza, Władysława Millera (syna), Feliksa Rybickiego, Jana Pasierba-Orlanda, Henryka Swolkienia, Zbigniewa Wiszniewskiego, Michała Kruszyńskiego i Wacława Lachmana.
Wśród rękopisów znajduje się autograf wyciągu fortepianowego pierwszej polskiej opery Nędzy uszczęśliwionej Macieja Kamieńskiego z 1778 r., autograf partytury Krakowiaków i Górali Jana Stefaniego, oper: Jadwiga, królowa polska Karola Kurpińskiego, Leszek Biały (I akt) i Król Łokietek Józefa Elsnera, baletów:
Figle szatana S. Moniuszki i A. Münchheimera i Pan Twardowski Adolfa Sonnenfelda a także autografy i kopie autoryzowane wszystkich oper Stanisława Moniuszki oraz pojedyncze autografy kompozycji Franciszka Lessla, J. Elsnera, K. Kurpińskiego, F. Chopina (Mazurek As-dur op. 7 nr 4, Polonez As-dur op. posth., Walc As-dur op. 34 nr 1, Walc As-dur,op. Posth.), Oskara Kolberga, Kaspra Napoleona Wysockiego, Ludwika Grossmana, Antoniego Rutkowskiego, Józefa Wieniawskiego, Wilhelma Troschla, Emila Śmietańskiego, Leokadii Wojciechowskiej-Myszyńskiej, Jana Karłowicza, Stanisława Niewiadomskiego, Ludomira Michała Rogowskiego, Karola Szymanowskiego (m. in. partytura II Koncertu skrzypcowego), Adama Wieniawskiego, Adama Sołtysa, Witolda Elektorowicza, Tadeusza Kierskiego, Tomasza Kiesewettera, Jana Kolasińskiego, Jana Maklakiewicza, Jerzego Sokorskiego, Józefa Swatonia i in.
Rękopisy te były i są nadal podstawowym źródłem publikacji nutowych wydawanych przed 1939 r. przez WTM i jego Sekcje oraz po 1946 r. przez Polskie Wydawnictwo Muzyczne.
W zbiorach znajduje się również korespondencja Stanisława Moniuszki (ca 700 listów wyd.: S. Moniuszko: Listy zebrane. Kraków 1969), Fryderyka Chopina, Johannesa Brahmsa, Zygmunta Noskowskiego, Mieczysława Karłowicza i Ludomira Michała Rogowskiego.
Cenniejsze rękopisy są zmikrofilmowane; negatywy znajdują się w Bibliotece Narodowej w Warszawie.
W czasie II wojny światowej zginęły lub uległy zniszczeniu wszystkie dawniej posiadane druki nutowe, książki, czasopisma muzyczne i obiekty muzealne (głównie dotyczące Chopina i Moniuszki) oraz ok. 40% rękopisów muzycznych, w tym większość utworów M. Karłowicza i duża część kompozycji I. J. Dobrzyńskiego, Oskara Kolberga, K. Kurpińskiego, Fr. Lessla, A. Münchheimera, Z. Noskowskiego, Józefa Nowakowskiego,
Adolfa i Karola Rzepków, Józefa Stefaniego, Józefa Wieniawskiego, XVI-wieczna tabulatura organowa oraz całe archi-wum WTM. Posiadane obecnie druki muzyczne zostały zgromadzone od nowa w okresie powojennym.
Zbiory WTM udostępniane są wyłącznie na miejscu w lokalu czytelni.
Biblioteka, Archiwum i Muzeum WTM w 2009 r. liczy ogółem ponad 47 500 pozycji w tym:
- 4 300 rękopisów muzycznych
- 36 000 druków muzycznych
- 4 500 książek o tematyce muzycznej
- 185 tytułów polskich i zagranicznych czasopism muzycznych
Katalogi kartkowe dostępne w czytelni Biblioteki WTM:
- rękopisów muzycznych (alfabetyczny)
- druków muzycznych (alfabetyczny, działowy, kartoteki pomocnicze)
- książek (alfabetyczny i systematyczny)
- czasopism muzycznych (alfabetyczny)
- fotografii (krzyżowy)
W ostatnich latach we współpracy z Narodowym Instytutem Fryderyka Chopina część zbiorów została zdigitalizowana i jest dostępna pod adresem:
Katalogi drukowane, w których znajdują się opisy niektórych druków i rękopisów ze zbiorów WTM:
Andrzej i Irena Spózowie: Katalog polskich druków muzycznych 1801-1875 w zbiorach Biblioteki, Muzeum i Archiwum Warszawskiego Towarzystwa Muzycznego im. Stanisława Moniuszki. Warszawa, Warszawskie Towarzystwo Muzyczne im. S. Moniuszki, 2000.
Elżbieta Wąsowska: Rękopisy muzyczne XIX-XX wieku. Redaktor naukowy Andrzej Spóz. Tom 1-4. Warszawa, Biblioteka Narodowa, 2001. (Katalog Mikrofilmów / Biblioteka Narodowa. Zakład Zbiorów Mikrofilmowych; nr 26-29).