"博物"是儿童博物馆有别于其他类别校外教育机构的特征之一。在馆藏品方面，至2019年底，上海儿童博物馆的收藏品共计有 2791件，其中综合类 1529件、家具类 1件、书画类 660件、儿童玩具类 527件 以及航海、航天类 74件。部分藏品由异域儿童类博物馆及社会友好人士捐赠。除此之外，还常年征集与儿童相关的物质文化藏品及富有创意和特色的儿童个人创作作品，对符合条件的儿童自创作品和相关儿童物质文化藏品予以收藏，并颁发特制收藏证书。
独家展藏品
迄今为止，人类从事的最神奇的事业莫过于太空探索了。它的神奇之处很大程度上是因为它的复杂性。而上海儿童博物馆的三件馆藏实物——中国首批返回式卫星回收舱、长征四号火箭2级发动机、返回式卫星降落伞，都是不折不扣的真家伙，它们或曾遨游太空，或作为一件拷备不走样的冲天备件，向受众传递着人类在太空探索过程中化不可能为可能的复杂和神奇。
读书乐 张晓明题
读书乐 周慧珺题
读书乐印章 沈鼎雍刻
唐寅《言志》 宋日昌书