Dział Historii Miasta gromadzi eksponaty związane z historią Tychów i Górnego Śląska. Spośród kilku tysięcy obiektów warto wymienić bogate kolekcje sztandarów, pocztówek z końca XIX i pocz. XX w., projektów tzw. Nowych Tychów oraz dokumentów związanych z życiem codziennym tyszan.

Dział prowadzi badania naukowe dotyczące historii Tychów ze szczególnym uwzględnieniem takich zagadnień jak: historia wielopokoleniowych rodzin tyskich, budowa tzw. Nowych Tychów, ważne dla historii Tychów postacie i miejsca. Rezultaty prac Działu pokazywane są na czasowych wystawach w muzeum i w plenerze, a także prezentowane podczas wykładów w ramach organizowanych co roku Tyskich Sympozjów Historycznych.

Działalność edukacyjna Działu to lekcje muzealne o historii Tychów i roli muzeum we współczesnym świecie oraz wycieczki po Tychach i terenowe gry miejskie. Dział organizuje również spotkania z pracownikami naukowymi specjalizującymi się w historii Śląska, a także z pasjonatami lokalnej historii.

Dział Sztuki gromadzi dzieła artystów związanych z Tychami oraz całym obszarem Górnego Śląska. Liczącą kilkaset obiektów kolekcję tworzą eksponaty z zakresu rysunku, malarstwa, grafiki i rzeźby. W zbiorach znajdują się dzieła takich artystów jak m.in.: Ireneusz Botor, Jan Dutkiewicz, Augustyn Dyrda, Roman Kalarus, Stanisław Kluska, Stanisław Mazuś, Jan Nowak, Jerzy Nowakowski, Jerzy Nowosielski, Joanna Piech, Adam Romaniuk, Józef Sękowski i Tomasz Wenklar.

W ramach działalności Działu Sztuki prowadzone są badania naukowe, skupiające się na zagadnieniach powstawania miejscowego środowiska artystycznego oraz roli sztuki w przestrzeni miejskiej. Efektem tych przedsięwzięć są wystawy czasowe oraz towarzyszące im publikacje, dążące do upowszechnienia i osadzenia powyższych tematów w szerszym kontekście kulturowym. Ponadto Dział Sztuki organizuje spacery edukacyjne po Tychach i lekcje muzealne dla dzieci oraz młodzieży.

Dział Fotografii gromadzi fotografie archiwalne i współczesne, dokumentujące życie społeczno-polityczne, kulturalne i artystyczne miasta, związane z historią Tychów i okolicy. Pochodzące z początku XX wieku i wykonane w okresie międzywojennym, przedstawiające historyczny układ przestrzenny z kościołem św. Marii Magdaleny, Browarem Książęcym i Obywatelskim, fotografie z uroczystości religijnych i rodzinnych. Fotografie wykonane po 1951 r. obrazujące budowę Nowych Tychów, rozwój przemysłu, m. in. budowę FSM oraz przemiany zachodzące w czasie i przestrzeni miasta.

W zbiorach Działu znajdują się autorskie kolekcje fotografii: Andrzeja Czyżewskiego, Michała Cały, Janusza Włodarczyka, Krzysztofa Pileckiego, Ryszarda Czerwona, Zygmunta Kubskiego. Ponadto autorska kolekcja Stanisława Gadomskiego, która obejmuje m. in. zbiory fotografii stroju ludowego w Polsce, kapliczek i krzyży przydrożnych, kościołów drewnianych oraz fotografie reportażowe z podróży po Europie.

Dział prowadzi badania naukowe, identyfikujące obiekty w układzie przestrzennym i architektonicznym miasta oraz dotyczące dokumentowanych zdarzeń społecznych, kulturowych i przyrodniczych. Opracowana dokumentacja fotograficzna prezentowana jest na wystawach czasowych w muzeum i w plenerze oraz w różnych wydawnictwach.

Na Dział Etnologii składają się dwie sekcje – Sekcja Tradycji Kultury Historycznej Ziemi Pszczyńskiej i Sekcja Kultury Życia Codziennego.

Sekcja Tradycji Kultury Historycznej Ziemi Pszczyńskiej tworzy kolekcję dokumentującą tradycje kulturowe na ziemi pszczyńskiej. W zbiorach Sekcji znajduje się bogata kolekcja pszczyńskiego stroju ludowego, przedmioty codziennego użytku, meble, akcesoria obrzędowe, dewocjonalia, sztuka ludowa i nieprofesjonalna, wyposażenie warsztatów rzemieślniczych.

Sekcja prowadzi działalność badawczą i edukacyjną w zakresie śląskich tradycji kulturowych ze szczególnym uwzględnieniem ziemi pszczyńskiej.

Realizując projekty badawcze Sekcja zajmuje się dokumentacją i opisem kultury materialnej i duchowej: obrzędowością doroczną i rodzinną, cyklem prac gospodarskich, strojem ludowym, sztuką ludową, rzemiosłem, budownictwem. Rezultaty tych działań prezentowane są na wystawach czasowych oraz  w publikacjach.

Działalność edukacyjna Sekcji to lekcje muzealne oraz wycieczki po Tychach (m. in. cykl „Szlakiem tyskich kościołów”) i Śląsku (m.in. cykl „Pokażę Ci Górny Śląsk”). Sekcja organizuje także  warsztaty, koncerty i spotkania z pasjonatami tradycyjnej kultury ludowej.

Sekcja Kultury Życia Codziennego powstała w 2011 roku. Jej zadaniem jest gromadzenie obiektów pochodzących z okresu po 1950 roku, towarzyszących życiu codziennemu tyszan w przeszłości oraz obecnie. Na liczące kilkaset obiektów zbiory  składają się m.in. urządzenia elektroniczne, elementy wyposażenia zakładów pracy, meble i sprzęty domowe, akcesoria związane z różnymi sposobami spędzania czasu wolnego, ubiory czy zabawki.

Sekcja prowadzi lekcje muzealne, przybliżające dzieciom i młodzieży tematykę życia codziennego w Tychach po 1950 roku, podczas których uczestnicy zapoznają się z dawnymi akcesoriami codzienności, które dziś są już jedynie przeżytkami należącymi do przeszłości.

W ramach działalności Sekcji Kultury Życia Codziennego planowane są także działania związane z muzyką ludową i tańcem tradycyjnym, np. warsztaty, projekty badawcze, a także prelekcje, spotkania czy koncerty.

Od 2016 roku działa Tyska Galeria Sportu, nowy oddział Muzeum Miejskiego w Tychach. Inicjatywa to pierwsze tego typu przedsięwzięcie w naszym regionie. Zadaniem Tyskiej Galerii Sportu jest popularyzacja, w atrakcyjnej formie, sportu w Tychach i jego najwybitniejszych przedstawicieli.

Jak na wciąż młode miasto, Tychy osiągnęły w sporcie już bardzo dużo sukcesów. Związanych jest z nim wielu wybitnych sportowców – medalistów olimpijskich, mistrzów świata i Europy. Kolejne sportowe imprezy krajowe i zagraniczne dopisują nowe nazwiska do tej listy. Tyska Galeria Sportu mieści się na Stadionie Miejskim przy ul. Edukacji 7.