Основу экспозиции музея составляют архивы А. Н. Толстого и его матери — писательницы А. Л. Толстой (Бостром): письма, дневники, фотографии, книги, личные вещи. В фондах музея находится более 10 тыс. документов, материалов и вещей, связанных с жизнью и творчеством А. Н. Толстого и его семьи. Центральное место в экспозиции занимает мемориальная квартира, в которой жил с родителями будущий автор. Домашняя обстановка залов переносит поситителя в атмосферу провинциального городка рубежа XIX — XX веков.
Кроме того, музей располагает большой коллекцией рукописей, документов и вещей, связанных с творчеством известных русских писателей, живших на территории Самарской губернии (Н. Г. Гарин — Михайловский, С. Г. Скиталец, А. А. Смирнов (Треплев), М. Горький, А. С. Неверов и др.). Помимо экспозиционной и научной деятельности, музей функционирует как литературный центр, где проводятся презентации самарских литературных изданий, журналов, альманахов, научные конференции, встречи с писателями.