Die ausgestellten Sammlungen beinhalten Teile der Antikensammlung wie den Pergamonaltar aus dem 2. Jahrhundert vor Christus und andere Werke griechischer und römischer Baukunst.
Aus dem Museum für Islamische Kunst finden sich im Pergamonmuseum Zeugnisse bildender Kunst aus nahezu allen Bereichen, von architektonischen Bauwerken, Kunsthandwerk, Schmuckstücken bis zur Buchkunst. Hervorzuheben ist wegen ihrer Größe und kunstgeschichtlichen Bedeutung die Mschatta-Fassade, die der osmanische Sultan auf Empfehlung Wilhelm von Bodes Anfang des 20. Jahrhunderts Kaiser Wilhelm II. geschenkt hatte.
Eine der größten Sammlungen vorderasiatischer Kunst gibt dem Besucher unter anderem Einblick in sechs Jahrtausende Kultur der Sumerer, Babylonier und Assyrer. Aufgrund umfangreicher Sanierungsarbeiten kann der Pergamonaltar voraussichtlich bis 2019 nicht besichtigt werden, Teile des Museums bleiben aber weiterhin geöffnet.