Die Porträtgalerie umfasst mehr als 200 Bildnisse, u.a. Gemälde von Lukas Cranach, Tizian, Anton van Dyck und Diego Velázquez. Die meisten Habsburger und zahlreiche andere Herrscher sind mit Porträts vertreten - u.a. Kaiser Maximilian I., Kaiser Karl V., König Philipp II. von Spanien, die junge Maria Theresia und Sultan Süleiman der Prächtige. Eine Besonderheit sind die zahlreichen Kinderporträts wie etwa das Rubens zugeschriebene Bildnis der dreijährigen Eleonora Gonzaga.

Keine andere Familie hat die Geschichte Europas über die Jahrhunderte so sehr geprägt wie die Habsburger. Vom 15. bis ins frühe 20. Jahrhundert stellten sie viele Kaiser und Könige und waren mit fast allen bedeutenden europäischen Dynastien verwandt oder verschwägert. Die Porträtgalerie bietet nicht nur einen Rundgang durch die Geschichte eines europäischen Herrscherhauses, sondern verschafft zugleich einen einzigartigen Überblick über die höfische Porträtmalerei von der Spätgotik bis zum Klassizismus.

Die Porträtgalerie befindet sich im Hochschloss, wo zur Zeit Ferdinands II. die Wohnräume lagen.

Erzherzog Ferdinand II. war der erste, der seine Rüstkammern als Sammlung nach einem klaren Konzept aufbaute. Sein Ziel war es, die historische Rolle der Habsburger hervorzuheben und an die hervorragenden Taten berühmter Personen zu erinnern. Wie noch niemand vor ihm erwarb er ganz systematisch Rüstungen, Waffen und Porträts von berühmten Feldherren. Zum ersten Mal in der Geschichte des Sammlungswesens überhaupt berücksichtigte er bei der Präsentation auch ästhetische Gesichtspunkte wie Licht und Farben. Sensationell neu war auch sein bebildertes Inventar - der erste Museumskatalog der Geschichte.

Die heutige Aufstellung versucht die Zielsetzung Erzherzog Ferdinands anschaulich zu machen, ist aber nicht ident mit der ursprünglichen Präsentation. Zu den Highlights gehören unter anderem seltene Turnierharnische, Prunkrüstungen für höfische Feste, Rüstungen berühmter Feldherrn und nicht zuletzt auch Ferdinands II. Türkenkammer, die einerseits die Furcht vor den Türken und andererseits die Begeisterung für den Orient im 16. Jahrhundert dokumentiert.

Die Kunst- und Wunderkammern der Renaissance sind enzyklopädische Universalsammlungen, die das gesamte Wissen der Zeit erfassen. Die Sammlung  enthält daher nicht nur herausragende Kunstwerke wie das Tödlein, sondern auch wissenschaftliche Gegenstände wie den Aufsatz mit Kompass, Objekte aus fernen Ländern wie die „Ryukyu-Schale", rare Produkte der Natur, Porträts von Menschen, die als „Wunder" galten wie der Haarmensch, und nicht zuletzt auch faszinierende Spiele und ungewöhnliche Musikinstrumente.

Die Ambraser Sammlung ist die einzige am Ort erhaltene manieristische Kunstkammer und daher von unschätzbarem Wert. Die heutige Aufstellung folgt den Intentionen Erzherzog Ferdinands soweit als möglich. Er hatte seine Sammlung in 18 deckenhohen Kästen präsentiert. Objekte, die aus demselben Material - z.B. Elfenbein, Holz, Koralle - gefertigt waren, wurden unabhängig von Herkunft und Thema jeweils in einem Kasten vereint. Die Kästen selbst waren innen ausgemalt, und die jeweilige Farbe bildete so mit den Materialien eine farbästhetisch gelungene Einheit: z.B. Gold vor Blau, Holz vor Rot, Stein vor Grün.

Der Spanische Saal zählt zu den schönsten freistehenden Saalbauten der Renaissance. Er wurde 1569–1572 nach den Vorstellungen Erzherzog Ferdinands II. als Festsaal errichtet. Die Gestaltung des 43 m langen Saales ist bestimmt von 27 ganzfigurigen Porträts der Tiroler Landesfürsten, von Graf Albrecht I. von Tirol bis zu Erzherzog Ferdinand II. Sie stehen vor einem landschaftlichen Hintergrund, wodurch der Raum – in Entsprechung der gegenüberliegenden Fenster – nach beiden Seiten geöffnet scheint. Die Frieszone der Nord- und Ostwand zeigt stuckgerahmte, gemalte Ochsenaugen, wobei das Innere des Kreises in illusionistischer Art Himmel und Wolken wiedergibt. Auch hier wird eine architektonische Entsprechung zu den Ochsenaugenfenstern der Süd- und Westwand angestrebt.

Bestimmend für den festlichen Gesamteindruck des Saales sind auch die aus verschiedenen Holzarten zusammengesetzten Türen und die zum Teil vergoldete und ebenfalls intarsierte Holzkassettendecke.

Im Saal finden heute Veranstaltungen statt, u.a. Konzerte der Innsbrucker Festwochen Alter Musik.

Die wechselhafte Geschichte der St. Nikolauskapelle von Schloss Ambras reicht bis ins 14. Jahrhundert zurück. Das heutige Erscheinungsbild der Kapelle geht aber auf das 19. Jahrhundert zurück, als der Statthalter von Tirol, Erzherzog Karl Ludwig (1832–1896), die schadhaften Wandmalereien des 16. Jahrhunderts abschlagen ließ und eine allgemeine Neugestaltung in Auftrag gab. Mit ihrer künstlerisch wertvollen Gestaltung durch August von Wörndle (1867) stellt die Kapelle im Schloss ein wichtiges Bindeglied vom Mittelalter über die Renaissance bis zur jüngeren Vergangenheit dar.

Im Kapellenvorraum wird der Kapellenschatz präsentiert: bis ins 14. Jahrhundert zurückgehende Ablassbriefe, wertvolle gotische Skulpturen, kostbares Augsburger Kirchensilber und seltene, reich bestickte Messgewänder aus dem 16. Jahrhundert.

Die Kapelle soll nicht nur musealen Zwecken dienen: Neben Taufen und Hochzeiten lässt die Pfarrgemeinde Amras auch die für viele Jahre unterbrochene Tradition einer jährlichen Sankt-Nikolaus-Messe wieder aufleben.

Der Bergfried stammt der aus der ältesten Bauphase von Schloss Ambras (13. Jahrhundert). Er diente als Verteidigungsturm, der sich an strategisch wichtiger Stelle, der frei zugänglichen Süd-West-Seite der mittelalterlichen Burg befand und bei Belagerungen ein sicherer Zufluchtsort der Burgbewohner war. Noch heute ist im Inneren die Mauerstärke von 2,60 m erkennbar.

Nach der Integrierung des ursprünglich selbständigen Bauteils in den Neubau des 16. Jahrhunderts unter Erzherzog Ferdinand II. (1529-1595) verlor der Bergfried seine wehrhafte Funktion. Das Erdgeschoss erhielt ein Kreuzgratgewölbe und wurde, wie im Inventar von 1596 erwähnt, als claidergwelb (Kleiderdepot) verwendet. In derselben Zeit legte man auch einen unterirdischen Verbindungsgang zum Vorschloss, in dem die Küche untergebracht war, an.

Im 19. Jahrhundert wurde das ursprüngliche Bodenniveau durch Einlagerung von Bauschutt um einen Meter erhöht. 1994 wurden rund 250 Tonnen ausgehoben und Adaptierungsarbeiten durchgeführt, um einen neuen Ausstellungsraum zu gewinnen.

Seit 1996 wird hier der Georgsaltar Kaiser Maximilians I. und eine Sammlung spätmittelalterlicher Skulpturen präsentiert.