吐鲁番博物馆收藏了一批唐代至清代的木乃伊，这些木乃伊经过特殊的防腐处理，保存得非常完好。其中最著名的是唐代高昌国公主阿斯塔纳和她的侍女们，她们的服饰、发型和妆容都展示了唐代女性的风采。
吐鲁番地区的古代遗址中出土了大量的壁画，这些壁画以佛教题材为主，画面精美，色彩鲜艳。博物馆内展出了一些具有代表性的壁画，如千佛洞壁画、火焰山壁画等，为研究古代绘画艺术提供了珍贵的实物资料。
吐鲁番博物馆收藏了许多精美的佛像，包括泥塑、石雕、木雕等各种材质。这些佛像造型各异，有的庄严肃穆，有的慈眉善目，展示了古代工匠们高超的技艺。
吐鲁番地区曾是古代丝绸之路的重要通道，因此出土了大量的古代文书。这些文书包括汉文、梵文、波斯文等多种文字，内容涉及政治、经济、文化、宗教等方面，为研究古代吐鲁番地区的历史提供了珍贵的第一手资料。
吐鲁番博物馆还收藏了一些具有代表性的陶瓷器，如唐代三彩、宋代青瓷等。这些陶瓷器造型优美，釉色艳丽，展示了古代陶瓷工艺的高度成就。