Dział Historii gromadzi głównie zabytki dotyczące przeszłości Chełma i ziemi chełmskiej od średniowiecza do XX wieku. Posiada łącznie około 4000 muzealiów. Są to w większości archiwalia, rękopisy, starodruki, dokumenty życia codziennego, fotografie i militaria. Cennymi zabytkami są dawne dokumenty sporządzone w języku polskim, łacińskim, ruskim, z podpisami królów Polski, m.in.: Stefana Batorego, Jana Kazimierza, Zygmunta III, Augusta II, Stanisława Augusta i ministra wojny księcia Józefa Poniatowskiego.

W grupie najstarszych i najcenniejszych dokumentów znajdujemy: Nadanie legacji do Turcji dla podkomorzego przemyskiego Kiliana Drohojowskiego i kasztelana lwowskiego Stanisława Herburta, z 1581 roku, napisane w języku polskim, na papierze czerpanym ze znakiem wodnym papierni Zamoyskich, herbem Jelita, z podpisem króla Stefana Batorego oraz pieczęcią królewską. Mówi się w nim o tym, że finanse na te urzędy będą pokryte z żup królewskich w Wieliczce. Ciekawym dokumentem jest Potwierdzenie przez króla zapisu dwóch posesji we Włodzimierzu przez zmarłego Piotra Zahorowskiego, marszałka wołyńskiego na rzecz szpitala we Włodzimierzu, pismo w języku ruskim, z podpisem króla Zygmunta III z pieczęcią królewską, datowane na sejmie w Warszawie 22 października 1611 roku. Unikatowym zabytkiem jest List króla Jana Kazimierza, poświadczający przejęcie w depozyt obrazu Matki Boskiej Chełmskiej z katedry unickiej w Chełmie, datowany na 10 maja 1651 roku z podpisami: króla Jana Kazimierza i sekretarza królewskiego Alberta Kadzidłowskiego, opatrzony wielką pieczęcią koronną. Dokument został zakupiony do zbiorów w grudniu 2009 roku z inicjatywy Pani Agaty Fisz, Prezydenta Miasta Chełm, dzięki finansowemu wsparciu instytucji oraz mieszkańców Chełma.

Dział przyrody obejmuje eksponaty z zakresu: geologii, paleontologii, botaniki i zoologii. Wiele z nich to prawdziwe rzadkości, zasługujące na miano „osobliwości przyrodniczych”. Gromadzone są unikalne w skali krajowej gatunki flory i fauny siedlisk stepowych (kserotermicznych), których pozostałości ocalały w środkowej i południowej części Lubelszczyzny. Z ważnych gatunków, będących pod ochroną, są to rośliny: dziewięćsił popłocholistny (zagrożony wyginięciem, występujący tylko na kilku stanowiskach w Polsce, m.in. na Stawskiej Górze), len złocisty (w rezerwacie Żmudź, miejscu najliczniejszego pojawiania sie tego gatunku w kraju) oraz zawilec wielkokwiatowy. Cennymi okazami, przykładami fauny są: drop, wymarły już w Polsce, będący największym krajowym ptakiem, występującym niegdyś w Dryszczowie koło Białopola, a także zagrożony wyginięciem suseł perełkowany, którego największe stanowisko znajduje się obecnie na terenie lotniska w Świdniku, dokąd trafił przypadkowo i gdzie bardzo dobrze się rozwija. Poza gatunkami stepowymi są w zbiorach muzealnych niektóre bardzo znane gatunki awifauny, na przykład: krukowate - rodzina ptaków najpowszechniejsza zarówno w kraju, jak i na świecie, wśród których jest: gawron, sroka, ale również bardzo rzadki, chroniony - kruk. Część zbiorów stanowią gatunki pochodzące z obszarów bagiennych i torfowisk węglanowych, występujące na Polesiu oraz w okolicach Chełma. Jednym z najciekawszych okazów jest żółw błotny, którego największa populacja znajduje się w rezerwacie Żółwiowe Błota na terenie Sobiborskiego Parku Krajobrazowego, a pojedyncze osobniki można spotkać także m.in. na torfowiskach w okolicy Sawina, oraz w Poleskim Parku Narodowym. Wśród ptaków wodnych na uwagę zasługują: żuraw, bąk, bączek, czapla purpurowa, bocian czarny oraz płaskonos.

Gabinet Numizmatyczny w strukturze Muzeum Ziemi Chełmskiej powstał w 2009 roku. Zbiory numizmatyczne istniały od początku funkcjonowania muzeum i stanowiły część Działu Historii. Gabinet gromadzi monety, medale, medaliony, banknoty, odznaki, tłoki pieczętne polskie i obce. Łącznie zbiory liczyły na koniec 2009 roku 12429 numizmatów. Przeważającą część zbiorów stanowią monety nowożytne, w większości polskie.

Gabinet Numizmatyczny posiada szereg znalezisk monet z okolic Chełma. Największym z nich jest skarb monet polskich i obcych, znaleziony w 1947 roku w Horodysku pow. Chełm. W zbiorach naszego muzeum znajduje się 2337 monet, w większości półtoraków koronnych Zygmunta III Wazy. Cennym znaleziskiem jest odkryty w 1972 roku skarb monet polskich i obcych z Niedziałowic pow. Chełm. Liczy 780 monet, w tym 713 szelągów Jana Kazimierza (boratynek). Wyłącznie szelągi koronne i litewskie Jana Kazimierza zawiera odkryty około 1960 roku skarb 438 monet z Bezka-Kolonii pow. Chełm. W 1972 roku do zbiorów muzeum trafiło 1150 polskich denarów z XV wieku. Zostały znalezione około 1960 roku w Leszczanach pow. Chełm. Przekazane monety stanowiły tylko część znaleziska, które zostało rozproszone. Niewielkim, ale cennym odkryciem był skarb monet rzymskich wykopany w 1957 roku w Rożdżałowie pow. Chełm. Liczył 47 denarów, z czego 45 sztuk znalazło się w chełmskim muzeum. Na znalezisko składały się monety Antoninów z I-II wieku oraz denar Julii Domny z lat 211- 217.