Відділ фондів забезпечує ведення фондово-облікової документації, організовує облік музейного зібрання, забезпечує зберігання музейних колекцій.
На 1 січня 2020 року фондова збірка Кіровоградського обласного краєзнавчого музею нараховує 67298 музейних предметів основного фонду та 32189 одиниць науково-допоміжного. Особливою гордістю є унікальні колекції: меморіальний комплекс предметів театральної родини Тобілевичів, меморіальний комплекс предметів корифея українського театру та письменника Марка Кропивницького; меморіальний комплекс предметів політичного та громадського діяча, митця  Володимира Винниченка; колекція збирача старожитностей, творів мистецтва та стародруків Олександра Ільїна.
Археологічна колекція нараховує більше 4 тисяч одиниць. Це і кам’яні статуї скіфського часу, і матеріали археологічних досліджень трипільського поселення біля с. Володимирівки Новоархангельського району, знахідки місцевих археологів.
Нумізматична колекція у кількості більше 3 тисяч музейних предметів представлена від монет Боспорського царства початку ІV ст. до н. е. до грошових знаків Європи, Росії ХVІ – ХХІ ст. та сучасності.
Документальний фонд у кількості 26 тисяч музейних предметів сформований цінними рукописними та друкованими матеріалами. Нашою гордістю є рукописи корифеїв українського театру – театральної родини Тобілевичів.
Багатою є колекція етнографічних матеріалів, предметів побуту, пов’язаних з подіями воєн різних часів.
Природничі фонди у кількості більше 3 тисяч одиниць представлені цінними ентомологічними, палеонтологічними, мінералогічними колекціями; опудалами тварин і птахів, виготовленими для оновленої стаціонарної експозиції.
Основним джерелом поповнення музейної колекції є подарунки жителів міста Кропивницького та області. Поповнення фондів унікальними тематичними комплексами відбувається в результаті тісної співпраці з нащадками видатних земляків як на території області, так і за її межами.
Нові надходження розглядаються на фондово-закупівельній комісії, на якій фахівці визначають цінність предметів та належність їх до основного чи допоміжного фонду.
За останні роки були відреставровані предмети, що стали окрасою експозиції.
За державним фінансуванням на базі Національного науково-дослідного реставраційного центру України і його філій та зусиллями власного атестованого художника-реставратора було відреставровано понад 100 одиниць зберігання, з них 25 – предмети з колекції Ільїна.
Значущими відреставрованими предметами були: меморіальні меблі Володимира Винниченка (2014 р.), театральні костюми Софії Тобілевич (2014 р.), ікони з колекції Ільїна (2013 – 2014 рр.), предмети археології (2012 – 2015 рр.). Майже усі відреставровані предмети увійшли до нової стаціонарної експозиції відділу історії, яка відкрилася у 2014 році.
У рамках науково-експозиційної та науково-освітньої робіт здійснюється фондове забезпечення побудови нових стаціонарних експозицій відділів історії та природи, тимчасових та пересувних виставок, надаються консультації, методична і практична допомога музеям області, забезпечується насичення веб-сайту музею. У рамках наукової діяльності працівниками відділу взято участь у різноманітних читаннях та конференціях, виданнях різного ґатунку, публікаціях у ЗМІ.