館藏文物主要以新石器時代彩陶為特色,收藏有陶器、銅器、瓷器、石器、玉器、骨器、書畫等2000多件,以及大量歷代貨幣。
定西市博物館自建館以來,負責實施了全市文物“四有”保護、資料庫建設、以及田野文物調查和長城資源調查等工作。市博物館專業人員還注重地方文物考古和歷史、民俗文化的調查研究,在國家級及省、地級刊物上發表有《定西地區戰國秦長城遺蹟考察記》、《秦長城西端遺蹟的調查》、《定西地區出土陶質樂器》、《金代會州城遺址試掘簡報》、《古成紀地望與成紀地名的兩度南遷》等30多篇簡報和論文。積極參與各種學術交流活動,參與地方志《定西歷史人物選編》、《定西史略》、《定西史話》等撰寫工作。
館內現有《定西歷史文物陳列》和《隴中民俗文化》展覽。實施免費開放以來共接待觀眾11.4萬人次。製作《定西歷史文物》和《隴中印象-人文定西》流動展覽兩期,送展覽到學校、軍營、社區,並深入農村集鎮,參觀人數達17.5萬人次。