Στους χώρους του μουσείου φιλοξενούνται μόνιμες συλλογές με πάνω από 300 δείγματα της βιομηχανικής ιστορίας του νησιού, ενώ καθόλη τη διάρκεια του χρόνου είναι ανοιχτό σε εκδηλώσεις, ημερίδες, εκπαιδευτικά προγράμματα και σημαντικές περιοδικές εκθέσεις.

Το Βιομηχανικό Μουσείο όμως δεν περιορίζεται στα τετραγωνικά του πρώην Χρωματουργείου Αδελφών Κατσιμαντή, παρά εκτείνεται νοητά και σε άλλα ιστορικά σημεία της πόλης, στεγαζόμενο σε άλλα τρία βιομηχανικά κτίρια του 19ου αιώνα, συνθέτοντας έτσι ένα δίκτυο υποδειγματικά αποκατεστημένων μουσειακών χώρων, εξίσου σημαντικών για την βιομηχανική κληρονομιά της Ερμούπολης:

Το Βυρσοδεψείο Μενέλαου Κορνηλάκη, ένα μνημειώδες συγκρότημα του 1880 με τέσσερα κτίρια που αναπτύσσονται στις δύο πλευρές ενός λιθόστρωτου εσωτερικού δρόμου. Η επιχείρηση βυρσοδεψείου που είχε ιδρυθεί ήδη εδώ στα 1853-1854 εισήγαγε την ατμοκίνηση και τα πρώτα μηχανήματα για την επεξεργασία δερμάτων, ανεβαίνοντας στις κορυφαίες θέσεις της βιομηχανίας της πόλης.

Το Σκαγιοποιείο Γεωργίου Αναιρούση, το μοναδικό του είδους που σώζεται στην Ευρώπη. Οι επεμβάσεις που πραγματοποιήθηκαν στο κτίριο είναι ελάχιστες ενώ έχει διασωθεί ο εξοπλισμός του, με σκοπό να αναδειχθεί το κτίριο ως αυτοτελής μουσειακή ενότητα όπου αποτυπώνεται η διαδικασία παραγωγής σκαγίων από μόλυβδο.

Το Υφαντουργείο Βελισσαροπούλου, που ιδρύθηκε το 1900-1905 και ως τη δεκαετία του 1960 ήταν υφαντουργείο και τυποβαφείο βαμβακερών, διασώζεται ακέραιο. Εδώ κάποτε στεγάστηκε η φημισμένη Enfield Automotive του Νεωρίου.

Το μουσείο είναι μέλος της της Ευρωπαϊκής Διαδρομής Βιομηχανικής Κληρονομιάς (ERIH), που αποτελείται από 1850 βιομηχανικά μνημεία σε 47 χώρες, καθώς και του Διεθνούς Συμβουλίου Μουσείων (ICOM) που αριθμεί 22.000 περίπου μέλη και δραστηριοποιείται σε 145 χώρες.

Στην είσοδο του μουσείου, ένας από τους αρχικούς κίονες του Ιερού Ναού Κοίμησης της Θεοτόκου (1829), που αποτελείται από “ξυλοδέματα”, μία δέσμη ξύλινων δοκών που συγκρατείται με σχοινιά και καλύπτεται από κονίαμα που έχει βαφτεί, ώστε να μοιάζει με σκουροπράσινο μάρμαρο. Την τεχνική ανέπτυξαν οι πρώτοι οικιστές της Ερμούπολης αξιοποιώντας τις δεξιότητες ξυλοναυπηγικής που είχαν αναπτύξει στους τόπους καταγωγής τους.

Στην Αίθουσα 1, “Η πόλη των προσφύγων”:
– Tα προϊόντα του πρώτου υαλουργείου της Ελλάδας, το οποίο ίδρυσε στη Σύρο ο Δημήτριος Αργυρόπουλος κι άρχισε να λειτουργεί το 1872 με ατμομηχανή δεκαπέντε ίππων και 55 εργάτες.
– Πιεστήρια, μηχανήματα κοπής χαρτιού, κάσες με στοιχεία και χρηστικά αντικείμενα τυπογραφείου. Η Ερμούπολη, ειδικά από το 1833-1868, απέκτησε τη φήμη κέντρου εκδοτικής δραστηριότητας. Ιδιαίτερης σημασίας είναι το πιεστήριο όπου τυπωνόταν το “Θάρρος”, μια από τις μακροβιότερες Συριανές εφημερίδες.

Στην Αίθουσα 2, “Άνοιγμα στον κόσμο”:
– Μία προθήκη όπου ζωντανεύει το ιστορικό κατάστημα του Κ. Χαραλαμπίδη (1890–1940) που βρισκόταν στο ισόγειο του Μεγάρου Πετρίτζη κι έκανε εισαγωγές από τη Γαλλία και τη Γερμανία.

Στην Αίθουσα 3, “Οι Τεχνικές της Θάλασσας”:
– Εδώ εντυπωσιάζουν τα ευρήματα από το ναυάγιο του ατμόπλοιου “Πατρίς”. Μια ματιά στα ευρήματα που ανασύρθηκαν από το ναυάγιο και εκτίθενται εδώ αρκεί, για να μας πείσει και να μας μεταφέρει την ατμόσφαιρα μιας άλλης εποχής. Σερβίτσια και σκεύη από αγγλική πορσελάνη, περίτεχνες σιδηροκατασκευές και κομψά αντικείμενα, πολλά από τα οποία φέρουν το χαρακτηριστικό σήμα της Συριανής Εταιρείας.
– Εδώ φυλάσσεται και μία σπάνια τετρακύλινδρη μηχανή πλοίου Doxford.

Στην Αίθουσα 5 “Βιομηχανική απογείωση”:
– Το περίφημο ηλεκτρικό αυτοκίνητο Enfield 8000 που παραγόταν στις εγκαταστάσεις του Ναυπηγείου “Νεώριον” της Σύρου κατά τη δεκαετία του 1970 και εξαγόταν στο Ηνωμένο Βασίλειο.

Στον υπαίθριο χώρο πίσω από το κτιριακό συγκρότημα του Μουσείου, ανάμεσα σε άλλα ευρήματα, στέκει ο ένας από τους δύο πλευρικούς τροχούς του ατμόπλοιου “Πατρίς”, που μεταφέρθηκε εδώ στις 8 Σεπτεμβρίου 2010 και τοποθετήθηκε σε ειδική βάση. Πρόκειται για ένα σπάνιο κι εξαιρετικό δείγμα ναυπηγικής τέχνης, που θεωρείται πλέον το πιο άμεσα αναγνωρίσιμο έκθεμα του Μουσείου, ένα σήμα-κατατεθέν.