Das Vitra Design Museum verfügt über eine der umfangreichsten Sammlungen des modernen Möbeldesigns, in der alle wichtigen Epochen und Stile von Beginn des 19. Jahrhunderts bis heute vertreten sind. Zu den Sammlungsschwerpunkten gehören frühindustrielle Bugholzmöbel, Entwürfe der Wiener Architekten, Experimente von Gerrit Rietveld, Stahlrohrmöbel der 1920er und 1930er Jahre sowie Schlüsselobjekte des skandinavischen Designs von 1930 bis 1960, des italienischen Designs und der aktuellen Entwicklungen. Einen weiteren Schwerpunkt der Sammlung bildet die Designentwicklung in Amerika von den Entwürfen der Shaker bis zu den postmodernen Sitzmöbeln eines Robert Venturi.

Auch einige bedeutende Nachlässe sind in der Museumssammlung zu finden, darunter die von Charles Eames, Verner Panton, Anton Lorenz und Alexander Girard. Die Sammlung wird durch ein umfangreiches Archiv und eine Bibliothek komplettiert.