Die um 1653 durch Herzog Ernst I. von Sachsen-Gotha, genannt der Fromme, begründete Kunstkammer bildet den Ursprung der bedeutenden und vielfältigen Sammlungen auf Schloss Friedenstein. Herzog Ernst hatte dafür von seinem alten Wohnsitz in Weimar einen Grundstock an Kunst- und Erinnerungsgegenständen mitgebracht. Als die Kunstkammer auf Schloss Friedenstein eingerichtet wurde, bahnte sich bereits das Ende dieser Art von Sammlungs- und Wissensräumen in Europa an.
 

Somit stellt die Gothaer Kunstkammer, die über Inventare seit 1656 hervorragend dokumentiert ist, einen herausragenden und nahezu einmaligen Vertreter dieses barocken Typus dar, indem sie die Tradition der älteren Vertreter in Wien, München und Dresden fortführte. Von Anfang an war sie als Ort der universalen Bildung und fürstlichen Repräsentation gedacht. Unter den verschiedenen Herzögen kam es im Laufe der Zeit immer wieder zu Erweiterungen und Umstrukturierungen der Sammlung, wobei jeder Regent eigene Akzente zu setzen wusste. Vor allem der ab 1693 regierende Herzog Friedrich II. tätigte größere Ankäufe: Er erwarb z.B. Konvolute von Münzen, Mineralien, Grafiken und ostasiatischen Raritäten, darunter Specksteinfiguren.

Der erhaltene Sammlungsbestand der barocken Kunstkammer umfasst etwa 1.100 Objekte, welche in den Inventaren des 17. und 18. Jahrhunderts nachweisbar sind. Einen Schwerpunkt bildeten Gold- und Silberschmiedearbeiten, Gegenstände aus Elfenbein, Bernstein und Edelsteinen, aus Kokosnüssen, Holz, Horn, Perlmutt und Konchylien, d.h. den Gehäusen von Muscheln und Schnecken. Es handelt sich um kostbare und/oder exotische Materialien, die kunstvoll und meist in Kombinationen verarbeitet wurden. Rarität, Kuriosität und oft virtuose Miniaturisierung zeichnen diese Stücke aus. Gemälde verschiedener Genres, im Besonderen biblische Historien und dynastische Porträts, sowie Grafiken und Druckplatten gehörten ebenso zur barocken Kunstkammer. Zu den „Scientifica“ zählten u.a. kunstvoll gestaltete Kompasse. Neben künstlerisch und wissenschaftlich Wertvollem fanden besondere Erinnerungsgegenstände, sogenannte „Memorabilia“, und ethnografische Objekte als „Exotica“ Eingang in die Sammlungen, ebenso geschliffene Steine, Fossilien und Präparate als „Naturalia“ und „Anatomica“. Schließlich bildeten Münzen und Medaillen von der klassischen Antike bis in die damalige Gegenwart einen unverzichtbaren Bestandteil der Friedensteinischen Kunstkammer.

Ab dem 18. Jahrhundert kam es zur Herausbildung von Spezialsammlungen: So wurden z.B. die numismatische Sammlung und das Naturalienkabinett, das von Herzog August um 1800 eingerichtete Chinesische Kabinett und die Gemäldegalerie 1824 aus der Kunstkammer ausgegliedert.