La colección de marionetas es una de las más curiosas y simpáticas del museo.
Caben mencionar, entre otras piezas, las marionetas de hilo construidas por Ignacio Zuloaga en 1928 para El retablillo de Maese Pedro de Falla, la marioneta de La tía Norica de Cádiz (actualmente es una de las compañías de títeres más antiguas del mundo), los muñecos de la Orquesta Criolla Argentina utilizados y fabricados por el ventrílocuo Eugenio Balder hacia 1915, o los muñecos o tipos populares, diseñados por Manuel Collado para el montaje de Ha llegado el Bululú en 1960.
No menos interesante es la colección de sombras chinescas y máscaras, como las realizadas por Francisco Nieva para su versión teatral del Tirant lo Blanc o las máscaras diseñadas por Edmundo Torres sobre la iconografía popular peruana, etc.