Mehr als 100 Jahre nach dem Gründungsaufruf für ein Bonner Stadtmuseum eröffnete das Museum im Januar 1998 erstmals eine ständige Ausstellung. Die Bestände gehen zum großen Teil auf die Sammlungen des Museumsvereins und die Stiftung des Bonner Professors Obernier aus dem 19. Jahrhundert zurück, deren Schwerpunkte vor allem auf dem 18. und 19. Jahrhundert lagen.

Das Museum zeichnet die Geschichte Bonns von der Römerzeit bis heute nach. Weitere Aspekte wie die Musikgeschichte, die Literatur, die Entwicklung des Bonner Stadtbildes sowie die Geschichte einzelner Bonner Firmen werden in gesonderten Räumen präsentiert.

In seiner Dependance, dem Ernst-Moritz-Arndt-Haus, zeigt das Stadtmuseum seit fast 30 Jahren Sonderausstellungen zu kulturhistorischen Themen.

Die Wechselausstellungen beschäftigen sich mit der Rolle der Stadt Bonn in Vergangenheit und Gegenwart und mit ihrer Stellung in der Kunst- und Kulturgeschichte des Rheinlandes.