Rund 1500 Objekte präsentiert das GLASMUSEUM WERTHEIM als Dauerausstellung in den beiden Häusern:
- Die Eingangshalle des „Großes Hauses“ mit Museumsshop und Museumsglasbläserei ist der Herstellung von Glas gewidmet. Im Shop gibt u. a. A wie Altglasobjekte sowie Meisterstücke der Glasfachschule Z wie Zwiesel. In der Museumswerkstatt zeigt der Museumsglasbläser täglich „vor der Lampe“ den Umgang mit heißem Glas und lädt zum Glaskugelblasen ein. Im ersten Stockwerk beginnt der Rundgang durch das Glas-ABC mit den Buchstaben A bis K, wobei sich um ein jeweiliges Schwerpunktthema sowohl historische als auch moderne Glasbeispiele gruppieren: A wie Aegyptische Luxussalbgefäße stehen neben modernen Ampullengläsern der Wertheimer Glasindustrie, unter C gibt es Thüringer Christbaumschmuck neben venezianischem Cristallo-Glas, unter I findet sich die Sammlung Islamlischer Gläser neben Isoliergefäßen der ehemals thüringischen Firmen Helios und alfi aus Wertheim, unter J gibt es Produkte aus Jenaer Glas neben Jugendstil-Römern von Franz Wendler (Rheinbach), unter G Glas aus Thüringen und dem Spessart, unter K historische Kelchgläser aus geschliffenem Kristallglas.
- Im zweiten Stockwerk geht es weiter mit Glasbeispielen von L bis R. L wie Laborglas gibt einen Überblick über die Produkte der Wertheimer Laborglasindustrie. Daneben befinden sich unter L wie "Linsen, Lupen, Licht bewegen" und M wie "Messen mit Glas" die beiden das Spiel- und Experimentierfelder, die das GLASMUSEUM WERTHEIM mit dem Mobilen Museum für Kinder und Kunst (kuk) von der Ochsenfurter Spielbaustelle eingerichtet hat (seit 2005). Rund 20 spielerische Experimente, u. a. mit Spiegeln, Lupen, Prismen, Thermometern, Temperaments-Messer, lösen durch Anfassen, Experimentieren, Suchen und Selbst entdecken so manche knifflige Frage auf spielerische Weise. Weiter geht es zu N wie Natürliches Glas, O wie Optisches Glas, P wie Pellets, dem Rohglas für die Textilglasproduktion der Wertheimer Firma Schuller/Johns Manville. R wie Rohstoffe und Röhren und die Glasgemengeanlage, gestiftet von der Fa. Zippe aus Wertheim (seit 2008) beenden im 2. Stockwerk den Rundgang im Großen Haus.
- Im Erdgeschoss des „Kleinen Hauses“ präsentiert das GLASMUSEUM WERTHEIM Wechselausstellungen zu aktuellen Glasthemen: Glas + Technik, Glas + Kunst, Glas + Geschichte.
- Im Obergeschoss präsentiert das Glasmuseum unter S wie Studioglas seine Internationale Sammlung zeitgenössischer Studio- und Lampenglaskunst. Weiter im Glas-ABC geht es mit T wie Teleskop bis zu Z wie Zeisslinse und gläserne Zähne. Darin integriert sind Murmelspiele für Jung und Alt, unter W wie Wissenschaftliches Glas die seit 2001 bestehende Dauerausstellung „Glas für Wissenschaft und Industrie“, die anhand von 13 Stationen die Entwicklung der neuzeitlichen Wissenschaften bis hin ins moderne Industriezeitalter widerspiegelt und anschaulich den kulturgeschichtlichen Zusammenhang des technischen Werk(t)stoffes Glas vermittelt.
- Das „Glasperlenkabinett" (seit 1998), hervorgegangen aus der Haevernick'schen Glasperlensammlung zeigt die Kulturgeschichte der Glasperle unter besonderer Berücksichtigung der Herstellungsweise und Hervorhebung der wissenschaftlichen Verdienste von Thea E. Haevernick. Die Entwicklung wird ergänzt durch eine eigene kleine Ausstellung zu zeitgenössischer Glasperlenkunst, die Glasperlenkünstlerinnen aus ganz Deutschland unter dem Titel "X wie Xeno-Perlen in XXL und XXS" präsentieren.