Die Dauerausstellung gliedert sich nach sieben Themen. Den Auftakt bildet der Saal „Der Kurfürst als artifex". Hier wird die Geschichte von Kurfürst August (1526–1586), den Gründer der Kunstkammer, in den Mittelpunkt gestellt. Zu sehen sind zahlreiche von Kurfürst August gesammelte und teils selbst verwendete Werkzeuge, welche die frühe Dresdner Kunstkammer prägten. Die Bandbreite reicht von Gartengeräten über Goldschmiede-, Tischler- und eisenbearbeitende Werkzeuge bis zu den sogenannten Brechzeugen.

Der Raum „Die Ordnung der Dinge“ stellt vier der erhaltenen, aufwendig verzierten Kunstkammerschränke vor. Den Höhepunkt bilden die beiden spektakulären, mit zahlreichen Werkzeugen, Instrumenten und Utensilien gefüllten Augsburger Kabinettschränke. Sie beherbergen sowohl Gerätschaften für die herrschaftliche Jagd als auch Gegenstände wie Nähzeug oder Barbierinstrumente.

Einen weiteren Schwerpunkt setzt der Raum „Spielwelten“. Neben einem großen mit irisierendem Perlmutter eingelegten Spieltisch finden sich Brettspiele aus kostbaren Materialien und Musikinstrumente. Ein Teil der neuen Dauerausstellung umfasst die einzigartige Sammlung von „Kombinationswaffen“ der Rüstkammer, in denen sich hochspezialisierte Waffenschmiedetechnik mit verblüffenden Effekten verbindet.

Mit Blick auf die Elbe, einem der bedeutenden Reise- und Handelswege, thematisiert der Raum „Die Vernetzung der Welt“ in besonderem Maße Weltsicht und Wissen im 16. und 17. Jahrhundert. Die Besucher entdecken exotische Materialien in unbearbeiteter Form und in künstlerischer Bearbeitung, darunter das vermeintliche Horn des legendären Einhorns, Bergkristallarbeiten, Elfenbein, Kokosnuss und Straußeneier.

Der Hof der sächsischen Kurfürsten war im 16. und 17. Jahrhundert das Zentrum des von Luther geprägten evangelischen Glaubens. Originale Bauteile und Ausstattungsstücke der ehemaligen Dresdner Schlosskapelle werden im Raum „Der protestantische Kurfürst“ vorgestellt, darunter die geschnitzte Eichenholztür von 1556. Der im Zweiten Weltkrieg beschädigte Taufstein und kostbare Silbergefäße aus der Dresdner Schlosskapelle sind hier erstmals wieder im Residenzschloss vereint.

Das „Studiolo“ bietet Einblicke in die unerschöpflichen Bestände des Kupferstich-Kabinetts, eine der ältesten und größten Sammlungen von Kunst auf Papier. Dem breiten Sammlungsspektrum entsprechend, werden hier in wechselnden Ausstellungen Weltsichten vom Mittelalter bis in die Gegenwart präsentiert.

Den Auftakt bildet vom 19. März bis 12. September 2016 eine außergewöhnliche Serie von Kupferstichen – die „Nova Reperta“. Darin stellt der flämische Maler und Zeichner Jan van der Straet (1523–1605) neunzehn epochale nachantike Erfindungen vor, zu denen Brillen, Steigbügel und der Buchdruck ebenso gehören wie Schießpulver und Guajakholz als Mittel gegen die Syphilis.