博物馆内藏有国家一级文物“五星出东方利中国”汉代锦护臂。这件锦护臂在新疆的尼雅遗址中发现，锦护臂纺织技艺高超，色彩鲜艳，以红、黄、蓝、白、绿五色丝线织成。从右至左分别织有凤凰、鸾鸟、麒麟、白虎等祥禽瑞兽，织锦上清晰可见的“五星出东方”文字，是中华民族在观天文、创历法方面，对世界文明作出重要贡献的珍贵物证。
这枚小方印浓缩了两千多年的屯田戍边历史。汉朝建立初期，北方游牧民族匈奴兴起，对汉朝构成很大的威胁。汉武帝时期，为做好远征的后勤保障、实现边陲的长治久安，在西部地区实行了屯田戍边政策，在各地设立屯田点，进行屯田开发，凡有驻军之地，便会有屯田作为经济保障。尼雅遗址出土的这枚东汉“司禾府印”，证明此地就是当年东汉屯田的一个区域。
据自治区博物馆副研究馆员孙维国介绍，《李柏文书》其实是李柏写给焉耆王龙熙的两封内容相同的书信。目前保存比较完好的有两件，均馆藏于日本龙谷大学图书馆。两件文书原件均为黄麻纸墨书而成，其中，一件高23.5厘米，宽28.3厘米，释文为9行；另一件高23.8厘米，宽39.7厘米，释文为12行。陈列于新疆多个博物馆的是《李柏文书》的影印件和图片。
1600年前，一位东晋的贵族请了一位画工给自己作画。当时的他，也许想让画工描绘一下自己高贵的生活，并表达了自己的所想所思，甚至想死后把这幅画作为随葬品永远陪伴自己。但他怎么也想不到，1600年后，这件随葬品会成为国内年代最早的纸画，并作为新疆博物馆中的珍贵文物流传于世。
