Depuis l'ouverture du premier musée en 1961, la collection s'est sans cesse étoffée par des dons, des prêts et des gestes spontanés de nombreux admirateurs des 24 Heures et de l'automobile. Ainsi, le Musée possède aujourd'hui une collection qui fait référence. Elle offre au visiteur la possibilité de croiser sur son parcours des voitures de légende qui ont fait l'histoire mais également des "monstres sacrés" de l'épreuve reine d'endurance.

De nombreux dons ont apporté au Musée des pièces inestimables. La Société Porsche a offert la fameuse 917 Longue Queue 1971 aux couleurs de Martini, la Société Matra, la dernière 670 B victorieuse en 1974, pilotée par Henri Pescarolo et Gérard Larousse, aux couleurs de Gitane.

Le geste le plus mémorable dans l'histoire du Musée est un don de Luigi Chinetti, triple vainqueur des 24 Heures, la dernière fois en 1949 sur une Ferrari 166 MM.

Il racheta aux Etats-Unis un modèle de cette voiture légendaire qu'il offrit à l'Automobile Club de l'Ouest afin qu'elle vienne enrichir la collection du Musée. Fait citoyen d'honneur de la ville du Mans, le parvis devant le musée porte son nom. Bien d'autres encore ont contribué à la notoriété du Musée, mais la liste serait trop longue.