Le musée est composé de trois étages d'exposition.

Rez-de-chaussée :

Hall d'entrée

Cet espace d'accueil est déjà un espace de découverte et d'exposition. On y trouve quatre sculptures en bois, en particulier les statues des saints fondateurs de l'ordre des Trinitaires.

Salle I : Salle Lesuisse

Cette salle porte le nom du premier conservateur de ce musée, en fonction de 1956 à ??. La salle I reprend sculptures, peintures et pièces de mobilier datant surtout du XVe et du XVIe siècle.
Deux coups de coeur :

• Quatre statues des apôtres Jean, Pierre, André et Paul. Ces chefs d'œuvres du gothique tardif faisaient partie à l'origine de l'ancien jubé gothique de la Collégiale Sainte-Gertrude.
• Dessin du Tour Sainte-Gertrude. Représentation de la rentrée solennelle de la procession du Tour Sainte-Gertrude à Nivelles. Ce document exceptionnel est le seul témoin iconographique de la procession avant le XIXe siècle.

Salle II : Salle Georges Aglane

Cette salle est dédiée à Georges Aglane, artiste nivellois décédé en 1994. Ce dernier réalisa une grande quantité d'œuvres très originales dans différentes disciplines : dessin, peinture, sculpture, gravure. Le musée est détenteur de nombreuses œuvres en réserve, mais n'est pas en mesure actuellement de les exposer.

Cette pièce rassemble différents types d'oeuvres, dont :

• Série de hauts-reliefs funéraires. Ces sculptures brabançonnes étaient présentées à l'origine dans la Collégiale Sainte-Gertrude. Datant du XVe siècle et début XVIe, elles illustrent l'évolution du gothique tardif.  
• Tapisserie de Noé. Cette œuvre datant de la fin du XVIe siècle fut vraisemblablement réalisée dans un atelier bruxellois sur base d'un modèle de carton de Michel Coxie destinée au château du Wawel à Cracovie. La copie ci-présente était accrochée dans l'ancienne église du Saintt-Sépulcre de Nivelles. 
• Les monnaies : 
  > Collection de deniers de Nivelles, datant du XIIIe siècle, trouvés autour de la Grand-Place dans les années 1940
  > Collection de monnaies d'argent découvertes lors des travaux de restauration de la Collégiale. La datation de ces pièces s'étale entre le XVIe et le début du XVIIe siècle. 

Salle III :

La salle III se distingue par ses 5 toiles de très grandes tailles, œuvres de Frédéric Dumesnil, du milieu du XVIIIe siècle. Ces oeuvres recueillies de la Collégiale illustrent des épisodes de la vie du Christ. Une sixième toile du même artiste est présentée dans la salle VI.

On y trouve aussi de belles pièces de mobilier, à savoir des bancs de communion du XVIIe siècle et deux rangs de stalles de style Louis XV (milieu XVIIIe siècle).

1er Étage :

Escalier et couloir du 1er Étage :

Cet espace de circulation est un lieu de découverte d'une partie d'une collection de 12 tableaux retraçant des épisodes de la Vie de sainte Gertrude. Ces derniers ont été réalisés en 1630 pour décorer les piliers de la nef de la collégiale. Deux d'entre peuvent aussi être admirés dans les salles IV et V.

Salle IV :

Cette pièce ouverte sur le couloir rassemble une belle série de meubles de style Louis XV, témoins du travail d'ébénisterie de la région.

Salle V :

Cette petite salle présente une série d'instruments de musique à vent et à cordes, très particuliers, datant du XVIIIe siècle. On y trouve ainsi un tympanon, une épinette, un serpent, ...

Salle VI : salle Laurent Delvaux

La salle VI regroupe une série d'oeuvres très diversifiées :

• Belle collection de bozzetti - projets de sculptures de terre cuite - de Laurent Delvaux (1696-1778). Ces petites études pleines de vigueur offrent une vue d'ensemble sur le travail original de Delvaux. On trouve entre autres le projet de la chaire de vérité de la Collégiale de Nivelles, représentant Jésus et la Samaritaine, encore admirable actuellement dans l'édifice. 
• Divers portraits du XVIIe et du XVIIIe siècle, dont trois d'entre eux sont issus de l'atelier de Rubens. 

Salle VII :

Cette pièce est riche en contraste :

• Une série de vitrines présentent une collection d'arbalètes de l'ancien serment des arbalétriers de Nivelles du XVIIe siècle. 
• Un « Jugement dernier », peinture de l'école flamande du XVIe siècle. 

Escalier vers le 2e Étage :

La cage d'escalier abrite des gravures présentant la Collégiale de Nivelles, dans un état de conservation datant d'avant le bombardement de la Deuxième Guerre mondiale.
La sculpture de bois polychromé du XVIe siècle et XVIIe siècle est aussi présentée dans cet espace de circulation, avec une pietà, un Christ en croix et une sainte femme.

2e étage :

Le deuxième étage est consacré uniquement à l'archéologie. Les périodes concernées varient de la préhistoire à l'histoire gallo-romaine dans nos régions. Vases, pointes de flèches, statuettes, épée, objets de parures, monnaies, etc... sont tant de trésors archéologiques découverts issus de fouilles réalisées à Nivelles et Liberchies.

Quelques oeuvres particulières :

La Préhistoire :

• Collection lithique : le musée possède une belle collection d'outils en silex datant du paléolithique (moyen surtout) et du néolithique. 
• Céramique Rubanée : fragments de vases datant des premiers cultivateurs, au néolithique ancien.

La période Gallo-romain :
Les oeuvres concervées au musée de Nivelles viennent en majeur partie du site de Liberchies. Ce site était un « vicus » gallo-romain implanté sur la Chaussée Brunehaut, reliant Bavay et Cologne.

• Fibules : très riche collection de fibules en bronze émaillé et en argent datant du Ier au IIIe siècle. 
• Figurine du Dieu Mars : petite statuette en bronze très bien conservée, découverte à Liberchies. 
• Vases à visages : vases ornés de masques humains en reliefs
• Glaive 

Le musée abrite encore bien d'autres merveilles artistiques. Rejoignez-nous, petits et grands, pour un beau moment de découverte et d'émerveillement.