Tra le numerosissime opere oggi esposte nelle sale di Palazzo Ducale spiccano autentici capolavori, come la pala raffigurante La Famiglia Gonzaga in adorazione della Trinità (1605) di Pieter Paul Rubens e la Moltiplicazione dei pani e dei pesci (1619 circa) di Domenico Fetti, provenienti rispettivamente dalle chiese mantovane della Santissima Trinità e di Sant'Orsola.
Solo un'esigua parte delle opere contenute nel Palazzo Ducale può essere considerata come appartenente, in origine, all'immenso patrimonio artistico dell'età gonzaghesca, quasi tutto disperso a seguito della vendita del 1628 e del sacco di Mantova del 1630. Tra le poche opere superstiti, da non perdere il dipinto di Domenico Morone raffigurante La cacciata dei Bonacolsi (1494) e il ciclo dei nove arazzi raffaelleschi con storie tratte dagli Atti degli Apostoli, che decoravano la basilica palatina di Santa Barbara, eseguiti a Bruxelles e acquistati dal cardinale Ercole Gonzaga nel 1559.
Dell'imponente raccolta della statuaria antica - proveniente in gran parte dai palazzi gonzagheschi di Sabbioneta e dalle Ville della Favorita e di Marmirolo - resta la serie di sessantaquattro busti imperiali eseguiti tra il I secolo a.C. e il III d.C. Di notevolissimo livello sono alcuni fronti di sarcofagi del II e III sec. d. C.; in particolare, quelli comprendenti le fatiche di Ercole, il sacco di Troia, la lotta fra greci e amazzoni, il mito di Adone.
Una parte considerevole delle suppellettili e dei mobili esposti risalgono alla seconda metà del Settecento o al primo Ottocento, ai periodi quindi degli imperi asburgico e napoleonico, quando il Complesso di Palazzo Ducale diventa la sede dei rispettivi governatori e funzionari. All'inizio del Settecento, peraltro, nei palazzi di Mirandola appartenuti alla decaduta dinastia dei Pico, il governo austriaco confisca un ricco complesso di mobili, dipinti e statue: servono per riarredare una grande ala del Palazzo - l'appartamento Ducale - dove sono, in buona parte, tuttora conservati.