Mănăstirile ortodoxe româneşti au fost şi sunt păstrătoarele unui bogat patrimoniu naţional: icoane, veşminte, sfinte vase, sculpturi, covoare, tablouri religioase şi istorice. Mănăstirea Căldăruşani se înscrie cu deosebită cinste printre acestea. Iniţial voievodul ctitor a împodobit-o conform descrierii Patriarhului Partenie al Constantinopolului în 1642 "cu multă cheltuială cu afioresiri de sfinte vase şi cu lucruri multe". Frumosul Tetraevangheliar scris de Mardarie şi împodobit de Popa Vlaicu la 1643 a fost dăruit Mănăstirii Căldăruşani de Matei Basarab. Tot din donaţiile voievodului se păstrează un epitrahil cu mulţi sfinţi în broderie, descoperit în 1994 la veşmintăria Patriarhiei Române unde se află depozitat. Datorită folosirii în cult a veşmintelor şi a sfintelor vase, precum şi a nestatorniciei vremurilor, multe dintre piesele de tezaur s-au pierdut. Mitropolitul Ghenadie a fost primul care a făcut o colecţie de obiecte vechi bisericeşti, dăruind cele mai multe piese personale. Cutremurul din 1940 şi devastatorul incendiu din 1946 au distrus unele exponate.

Sfânta Treime, icoană cu dimensiuni de 74 x 58 cm, executată de Mincu Zugravul la 1796, are inscripţia: ''Această sfântă icoană dimpreună cu cele 11 praznice ale tâmplei s-au făcut cu cheltuiala prea sfinţitului părinte kiriu kir Iosif Argeşiu, de ucenicul dascălului Ioan Zograful Mincu, la leat 1796". Tot cu cheltuiala episcopului Iosif s-a executat şi icoana Sfântului Haralambie, Sf. Visarion şi Sf. Atanasie, care poartă inscripţia: "s-au făcut cu osârdia şi cheltuiala smeritului episcop Iosif, leat 1799". Deisis, Dumnezeu Tatăl şi Sf. Duh, datând din 1796, Maica Domnului în faţa lui Iisus pe cruce, una dintre cele mai vechi icoane (1739), sunt alte două exemplare valoroase ale colecţiei de la Căldăruşani.
În aceeaşi sală sunt expuse feloane din damasc, din plisă neagră, de stambă, stihare din mătase şi plisă, epitrahile, paftale (unele din argint, poleite cu aur), stihare diaconeşti, mânecuţe, care fac mai vie colecţia prin prezenţa lor. Numeroase cărţi de cult, în frumoase legături şi ferecături de argint şi uneori poleite cu aur, pun în evidenţă viaţa monahală care a pulsat în mănăstire de-a lungul celor aproape patru secole de existenţă.
O altă încăpere, numită sala tezaurului sau a lui Matei Basarab, deoarece se crede că aici domnitorul ctitor îşi ţinea sfaturile cu marii dregători, amplasată în dreapta intrării în incintă, adăposteşte argintărie în filigran, cu pietre preţioase şi semipreţioase, cruci, sfinte vase, veşminte arhiereşti, broderii de mare fineţe şi rafinament al execuţiei, unele cu ornamente orientale din secolul al XVIII-lea. De asemenea sunt expuse potiruri, discuri, steluţe, cruci, pocale, un vas pentru aghiazmă, candele şi cădelniţe din argint din secolul al XIX-lea, Evanghelia tipărită în 1794 şi îmbrăcată în argint în 1827.
În afara incintei, în stânga stăreţiei, se află un edificiu zidit în perioada 1841-1850 în vremea stareţului Meletie. Între anii 1896-1918 clădirea a servit ca stareţie fostului mitropolit Primat al României, devenit egumen al mănăstirii (1905-1918). Fiind un mare iubitor de artă, acesta a adunat aici multe icoane şi tablouri de mare valoare executate de Sava Henţia, Gheorghe Tăttărăscu, etc... Pinacoteca cuprinde şi 25 de portrete de ierarhi şi călugări care au vieţuit în mănăstire: stareţul Gheorghe, urmaşii Dositei, Dorotei, Meletie, Efimie, mitropolitul Grigore Dascălul. Portretul fostului mitropolit Ghenadie Petrescu, realizat de Sava Henţia, are dimensiuni de 60 x 75 cm şi datează din 1894. Acelaşi autor semnează Iisus grădinar, lucrare cu dimensiuni de 2,50 x 1,50 m şi Intrarea triumfală a lui Traian în Sarmizegetuza, una din cele mai mari pânze expuse în muzeu, având dimensiuni de 3,80 x 2,80 metri (cu o suprafaţă de aproape 11 m²).
Gheorghe Tăttărăscu este prezent cu multe pânze cu teme religioase între care se evidenţiază Răstignirea lui Iisus, cu dimensiuni de 1,50 x 0,95 m.
În completarea colecţiei de obiecte bisericeşti, trebuie amintite şi odoare care au aparţinut Mănăstirii Căldăruşani, în prezent aflate în alte colecţii. La Palatul Patriarhal din Bucureşti se află un tablou zugrăvit de Gheorghe Tăttărăscu reprezentând fuga lui Cain după ce a omorât pe fratele său Abel. Tabloul a fost transferat la Bucureşti pentru o expozitie comemorativă a pictorului (1951-1952), după care a fost reţinut de Patriarhie.