Està estructurat en cinc grans apartats: Biblioteca, Hemeroteca, Fons cartogràfic, Fons d’imatges i Arxiu històric. La biblioteca, inaugurada el 1942, aplega els fons de l’Institut Nàutic Mediterrani (1929-36) i del Museu Marítim de Barcelona; està especialitzada en els temes relacionats amb la mar, l’entorn marítim i les activitats que generen, la relació dels homes amb la mar i la gestió del patrimoni marítim cultural i natural; es complementa amb l hemeroteca sobre història, cultura i tecnologia marítimes i sobre museus i centres de patrimoni marítim. El fons cartogràfic, constituït mitjançant donacions i compres, té dues grans seccions: col·lecció de cartografia nàutica i col·lecció de plànols de vaixells. La primera comprèn més de 2 000 cartes nàutiques i atles geogràfics i nàutics impresos des del s XVII fins a l’actualitat; en destaquen les obres de Vicente Tofiño de San Miguel, Robert de Vaugondy i M.Bellin. La col·lecció de plànols de vaixells procedeix de companyies navilieres —entre les quals l’empresa Nuevo Vulcano de Barcelona— i de particulars relacionats amb la construcció naval; els plànols més antics es remunten al s XVIII i els més notables són els de l’Ictineu de Narcís Monturiol. El fons d’imatges està format per fotografies —les més antigues són de l’inici del s XX— i audiovisuals que procedeixen del port de Barcelona, de la Filmoteca de Catalunya, del NODO i de l’Autoritat Portuària de Barcelona. L’arxiu històric té dues grans seccions: l’arxiu històric del Museu Marítim i l’arxiu històric del Port de Barcelona; el primer aplega la documentació generada pel Museu Marítim, per fons d’empreses com ara la Compañía Trasatlántica Española i per fons personals com els de Ferran Arranz, Josep Maria Gavaldà, Josep Carrogio, Joan Soldevila Cantó i Enric Cubas; el segon, l’arxiu històric del Port de Barcelona, és la documentació de la Junta d’Obres del Port de Barcelona i permet conèixer l’evolució del port des del 1869 fins a l’actualitat.