Dział Numizmatyki, Medalierstwa i Metrologii Historycznej gromadzi zabytki z zakresu numizmatyki (monety, banknoty, bony zastępcze, obligacje, weksle), medalierstwa (medale, medaliony i plakiety), falerystyki (ordery, odznaczenia, odznaki i oznaki), sfragistyki (tłoki pieczętne) oraz zabytki metrologiczne. Zbiory zgromadzone w dziale liczą blisko dziewięć tysięcy jednostek inwentarzowych.

Zbiory numizmatyczne i medalierskie tworzone były od początku istnienia Muzeum Kujawskiego, tzn. od 1909 r. Jednak niewielka liczba eksponatów przetrwała II wojnę światową. Od 1945 r. kolekcje budowane były od podstaw w Dziale Artystyczno-Historycznym, a następnie numizmatyczna i falerystyczna w Dziale Historycznym oraz medalierska w Dziale Sztuki. W 1976 r. utworzony został Dział Numizmatyczny jako samodzielna komórka organizacyjna MZKiD, zmieniając następnie nazwę na Dział Numizmatyki i Medalierstwa. W tym samym roku powstał Dział Metrologii Historycznej. Podwaliną jego powstania był zakup w 1973 r. bogatej kolekcji po zmarłym rok wcześniej, Józefie Arentowiczu — naczelniku w latach 1927–1961 Obwodowego Urzędu Miar we Włocławku i wielkim miłośniku metrologii, a następnie właścicielu prywatnego muzeum miar. W 2009 roku nastąpiło połączenie obu działów, w efekcie którego powstał Dział Numizmatyki, Medalierstwa i Metrologii Historycznej.

Zadaniem działu jest gromadzenie, zabezpieczanie i opracowywanie naukowe oraz udostępnianie zbiorów. Szczególny nacisk położony jest na pozyskiwanie eksponatów związanych z regionem oraz uzupełnianiem kolekcji numizmatycznej.

Kolekcja monet skupia się na numizmatach polskich, od czasów panowania dynastii Piastów do chwili obecnej. W mniejszym stopniu są reprezentowane monety obce będące w obiegu na ziemiach polskich, tj. denary krzyżowe, grosze praskie czy monety zakonu krzyżackiego. Zbiór banknotów, z nielicznymi wyjątkami, stanowi pełen przegląd emisji papierowych w Polsce (pomijając bony zastępcze). Zbiory wzbogacają skarby monet: z Lubrańca (1. poł. XI w.), Ujmy Dużej (pocz. XIII w.), Płowiec (1. poł. XIV w.), Końca (XIV w.), Przedcza (ok. poł. XV w.), Krakowa (po 1633 r.), Kruszyna (po 1722 r.) oraz z nieznanej miejscowości skarb szelągów miedzianych (boratynek) Jana Kazimierza pochodzących ze zbiorów przedwojennych.

Kolekcja medali jest mniej reprezentatywna od zbioru monet i banknotów, niemniej są to wspaniałe świadectwa czasów, w których zostały wykonane. Na uwagę zasługuje zbiór przedstawiający wybitne postacie polskiej kultury, polityki i gospodarki. Wiele pojedynczych egzemplarzy jest ciekawych ze względu na treść, czy też osobę medaliera. Najstarszym medalem w zbiorze jest wyrób Christiana Wermutha (1661–1739), upamiętniający powrót Augusta II Sasa do Drezna w 1704 r. W kolekcji znajdują się medale: Jana Raszki, Jana Wysockiego, Jana Knedlera, Józefa Aumillera, Stefana Rufina Koźbielewskiego, Tadeusza Breyera, Edwarda Gorola oraz wielu innych znanych medalierów i projektantów. Osobną grupę stanowią medale i plakiety związane z Kujawami, artystów takich jak: Kazimierz Borkowski, Wit Płażewski, Leon Płoszay i Jan Sowiński.

Dział gromadzi także ordery, odznaczenia, odznaki pułkowe, akty nadań odznaczeń oraz pamiątki falerystyczne różnego rodzaju. Na uwagę zasługuje bogata kolekcja odznak pułkowych z okresu II RP oraz odznaki pamiątkowe i okolicznościowe począwszy od I wojny światowej. Wyodrębnioną grupę w zbiorze tworzą odznaki organizacji działających na terenie Włocławka, których historia sięga niekiedy lat 70. XIX wieku. Są to m.in.: Włocławska Ochotnicza Straż Ogniowa (w posiadaniu działu odznaka pamiątkowa I Zjazdu Straży Ogniowych na ziemiach polskich zaboru rosyjskiego, odbytego we Włocławku w 1910 r.), Włocławskiego Towarzystwa Wioślarskiego, Towarzystwa Kolarzy we Włocławku, Towarzystwa Śpiewaczego „Lutnia”, Towarzystwa Gimnastycznego „Sokół”, Towarzystwa Chrześcijańskich Rzemieślników i Przemysłowców Polskich we Włocławku.

Miary zgromadzone w Muzeum Ziemi Kujawskiej i Dobrzyńskiej we Włocławku zaliczane są do jednej z największych tego typu kolekcji muzealnych w Polsce. Zabytki pochodzą nie tylko z terytorium Polski, ale również z Niemiec, Rosji i Austrii. Te ostatnie należy wiązać z wprowadzeniem nowych systemów metrycznych przez zaborców. Wśród zabytków zgromadzonych w dziale dominują miary z XIX i XX w., ale są także pojedyncze obiekty pochodzące z XVIII w. Obecnie zbiory metrologiczne liczą ponad 1860 pozycji i możemy podzielić je na następujące kategorie:

– Miary masy (np. odważniki: cylindryczne, składane, sferoidalne, aptekarskie, analityczne)

– Miary długości (np. przymiary składane, matryce do produkcji przymiarów składanych, liniały, przymiary bławatne, taśmy miernicze)

– Miary powierzchni (np. planimetry)

– Miary pojemności i objętości (np. naczynia aptekarskie i laboratoryjne, butle, flakony, dzbany, kielichy, szklanice, kufle ceramiczne i szklane, miary pojemności substancji płynnych i sypkich, miary zbożowe, pojemniki gorzelniane i kontrolne)

 Miary gęstości (np. areometry, gęstościomierze zbożowe)

– Miary twardości i gładkości (np. twardościomierze, gładkościomierze)

 Przyrządy do pomiaru ciśnienia, temperatury i wilgotności (np. manometry, barometry, higrometry, termometry)

– Przyrządy do pomiaru czasu (np. zegary: kominkowe, szafkowe, budziki, kieszonkowe, dozorców, piaskowe, słoneczne; stopery)

– Przyrządy do pomiaru masy (np. wagi: równoramienne proste, równoramienne złożone, nierównoramienne typu bezmian, nierównoramienne szalkowe, nierównoramienne pomostowe, uchylne, sprężynowe szalkowe, sprężynowe typu dynamometr)

– Przyrządy geodezyjne, kreślarskie i nawigacyjne (np. teodolity, piony, kątomierze, busole, kompas lotniczy)

– Przyrządy do pomiaru grubości i średnicy (np. suwmiarki, mikrometry, macki)

– Przyrządy do pomiaru wielkości elektrycznych, zużycia wody i gazu (np. amperomierze, watomierze, woltomierze, gazomierze, wodomierze)

– Miary głębokości (np. głębokościomierz)

– Stemple, plomby, korki legalizacyjne, sprawdziany legalizacyjne do odważników i miar pojemności.

Zbiory metrologiczne włocławskiego muzeum są stale wzbogacane na drodze zakupów i darów. Gromadzenie tego typu muzealiów pozwala, za pośrednictwem miar, systemów, sposobów i narzędzi mierniczych, obrazować życie gospodarcze regionu i jest zarazem ważnym źródłem poznawczym dla historyków, etnografów i metrologów.