Mit 600 Musikinstrumenten aus Europa und aller Welt bildet die Studiensammlung im 1. Stock des Museums eine wichtige Ergänzung zur Dauerausstellung im Erdgeschoss. Die systematische Anordnung der Objekte ermöglicht Fachleuten und anderen interessierten Besuchern den direkten Vergleich verwandter Instrumente: So stehen Kirchenglocken aus dem 14. Jahrhundert neben afrikanischen reich dekorierten Handglocken aus Bronze, während unter den Streichern besonders ein indischer "Pfau" und eine indianische Geige mit Pferdehaar-Saiten ins Auge fallen. Traditionelle Instrumente haben in der Studiensammlung genauso ihren Platz wie seltene Kuriositäten, so zum Beispiel eine Orgel mit Porzellanpfeifen.
Teil der Studiensammlung ist der Henri-Hinrichsen-Saal, benannt nach dem Leipziger Musikverleger und Mäzen Henri Hinrichsen (1868-1942), ohne dessen großzügige Spende der Grundstock der heutigen Instrumentensammlung im Jahr 1926 nicht nach Leipzig gelangt wäre. Eine Gedenktafel erinnert an das tragische Schicksal dieses bedeutenden Mannes, der vom NS-Regime zunächst enteignet und 1942 in Auschwitz ermordet wurde.