Colecţia de machete reuneşte: plan-reliefuri (fortificaţii), piese de artilerie, blindate şi auto, aviaţie, marină, obiective industriale, mijloace moto civile, mijloace de transport-hipo, monumente, hărţi şi elemente topo-geodezice, etc. Marea majoritate a acestor machete au fost realizate de artişti plastici sub egida Uniunii Artiştilor Plastici sau a Fondului Plastic. Altele au fost realizate la Institutul de Arhitectură Ioan Mincu din Bucureşti, la Şantierul Naval din Mangalia, Intreprinderea de Avioane din Craiova, I. C. P. R. O. N. A. V. din Galaţi, în unităţi militare din Bucureşti, Constanţa, Ploieşti, Piteşti, Craiova, Târgovişte, Sibiu, Mediaş, Mizil, ori la C.A.P. Niculeşti (jud. Ilfov). Câteva piese provin de la Muzeul Peleş sau Muzeul Marinei din Constanţa.

Prima piesă din această colecţie datează din 1923, când odată cu începerea cercetărilor arheologice la Cetatea Albă-Akermann (Republica Ucraina), muzeul a achiziţionat de la sculptorul Emil von Beker, macheta acestei fortificaţii şi tot de la el, în 1930, cea a cetăţii Soroca (Republica Moldova). Alte piese reprezentative sunt macheta navei şcoală Mircea 2, iahtul Ştefan cel Mare, câteva piese de artilerie, executate la fabrica din Essen a firmei Krupp şi care au fost donate de Regina-mamă Elena, machetele avionului lui Aurel Vlaicu şi Henri Coandă, cea a primului hidroavion construit de ing. Ion Paulat în 1911, dar şi cetăţile de la Cetatea Albă și  Soroca (amintite mai sus), Făgăraş, Braşov, Răşnov, Enisala (jud. Tulcea), Suceava.