Se compone de piezas del siglo XV y posteriores y está considerada como una de las mejores del mundo junto con la Imperial de Viena. Destacan las piezas de campeonato creadas para Carlos V y Felipe II por los mejores maestros armeros de Milán y Augsburgo. La armadura completa y las armas que el emperador Carlos V llevó en la batalla de Mühlberg y que Tiziano le representó empuñando en su conocido cuadro ecuestre del Museo del Prado son algunas de las piezas más espectaculares. Durante la Guerra Civil española y la Guerra de la Independencia, parte del arsenal fue destruido. No obstante, la armería alberga algunas de las obras más significativas de este arte en Europa y en todo el mundo, entre ellas varias autografiadas por Filippo Negroli, uno de los artesanos más ilustres del gremio.