Glyptotekets samling består primært af kunstværker og arkæologiske genstande fra det antikke Ægypten, de antikke græske og romerske verdener, den etruskiske kultur samt dansk og fransk kunst fra det 19. århundrede. Samlingen af antik skulptur rummer bl.a. en omfattende samling af antikke græske og romerske portrætter samt en stor samling af palmyrenske portrætter.