Die Glassammlung ist den einzelnen geschichtlichen Epochen zugeordnet ausgestellt. Gläser der Sammlung Oscar Spiegelhalder repräsentieren die Glaskunst der Hütten des Schwarzwaldes. Die Sammlung Heinrich Heine mit ihren rund 300 Gläsern kam 1971 zunächst als Leihgabe ins Museum und wurde 1986 und 1991 angekauft. Sie bietet einen repräsentativen Querschnitt durch die deutsche Glaskunst vom 16.-19. Jahrhundert. 1995 kam eine Reihe bedeutender Gläser aus den Sammlungen der Markgrafen und Großherzöge von Baden dazu. Das Museum besitzt auch eine große Kollektion von Gläsern des Jugendstils.
Die Sammlung der Glasgemälde umfasst rund 300 Werke, deren Präsentation ebenfalls in die Sammlungsausstellungen integriert ist. Die Sammlung mittelalterlicher Scheiben wurde 2003 mit der Erwerbung der Glasgemäldesammlung der Großherzöge von Baden ergänzt. Das Museum besitzt zahlreiche Wappenscheiben der Renaissance sowie eine repräsentative Kollektion der Glasmalerei der Moderne.
Der über die Homepage des Museums erreichbare Digitale Katalog ist in 33 Sammlungen untergliedert und bietet vielfältige Einblicke in Kunst und Kunsthandwerk sowie in die Zeugnisse der historischen Lebenswelten aus der vorantiken Zeit bis in die Gegenwart. Die Objekte werden einzeln vorgestellt. Dabei bietet die Präsentation eindrucksvolle Bilder, technische Daten und fundierte Erläuterungen.