De omtrent 3000 første gjenstandene ble samlet før 2000, før museet ble etablert, av leketøysamler Per Inge Torkelsen. I hovedsak var han opptatt av norsk og lokalprodusert leketøy, men også eksempelvis blikkleketøy fra Tyskland og England. Han var opptatt av å samle på det som barn samlet på og lekte med, eksempelvis emballasje, hjemmelaget leketøy eller rimelig leketøy som var representert blant det brede lag i befolkningen. Da museet overtok samlingen i 2000 ble samlingen også utvidet til å gjelde barneutstyr, og andre gjenstander som representerer barndom og barnekultur. Som navnet Norsk barnemuseum tilsier er museet geografisk orientert om gjenstander knyttet til barndom i Norge.