Первые образцы различных горных пород, почвенных монолитов, гербария и многих других натурных экспонатов В.Р. Вильямс начал отбирать ещё в конце 19 века. Это стало наглядным пособием к читаемому им курсу земледелия. Однако официальное постановление об организации музея вышло только в 1934 году. Количество экспонатов постоянно росло, а вместе с этим росло и количество посетителей, поэтому в 1938 году появилось постановление о строительстве здания. Василий Робертович лично работал вместе с архитектором над планом будущего музея и разработал концепцию построения экспозиции.

В настоящее время в экспозиции находится около 900 почвенных монолитов, представляющих разнообразие почв от Северного ледовитого океана до тропиков и субтропиков. Возраст многих экспонатов – более 100 лет; они являются экологическими памятниками природы.

Также в экспозиции представлены различные натурные экспонаты, влажные препараты корней и растений.

Фонды музея насчитывают свыше двух тысяч почвенных монолитов, более 35 тысяч рассыпных коробочных образцов, тысячи листов гербария, различные архивные материалы экспедиций и личных вещей учёных.

Фонды музея насчитывают несколько десятков тысяч единиц хранения и разделены на отдельные группы: почвенные монолиты, рассыпные почвенные образцы, отобранные из различных почвенных горизонтов, объекты природы (семенной материал, гербарий, насекомые и рептилии, геологические объекты, в том числе палеонтологические находки), книжный фонд (личные книги В.Р. Вильямса, а также книги по почвоведению, земледелию и агрономии, дипломные работы, диссертации, периодические издания: журнал почвоведение, журнал опытный агроном, природа и некоторые другие), фототека (фотографии из экспедиций, фотографии к лекциям В.Р. Вильямса), неожиданно в музее пришлось организовать и группу живописи (на данный момент выявлено около 100 единиц, проводится изучение), личные дела сотрудников и некоторых учёных (в настоящее время изучается).

Начинается осмотр с зала «Факторы почвообразования и почвообразующих пород». Тут представлены различные образцы горных пород разного происхождения: магматические, метаморфические, осадочные. Также представлены различные материнские породы, этапы почвообразования. На стендах демонстрируются изображения растительных формаций и объясняется их роль в процессе почвообразования.

В основу экспозиции был положен зональный почвенно-географический принцип.

С одной стороны залов представлены почвы по изменениям с севера на юг, а с другой – почвы различных почвенных провинций, обусловленные специфическим рельефом, материнскими породами или иными условиями почвообразования, не связанными с широтными изменениями. Например, вулканические почвы, болотные и т.д.

Макеты стендов также были разработаны В.Р. Вильямсом. Угол 45^о, под которым расположены монолиты на стенде, позволяет представлять их в естественном природном сложении. Зафиксированы только очень сыпучие – песчаные почвы. Также именно под этим углом монолиты легче осматривать.
Основные элементы стенда:

• фотография – типичный пейзаж местности;
• гербарий – типичная растительность;
• почвенные монолиты, которые наглядно демонстрируют изменение в почвообразовательных процессах в зависимости от рельефа и ландшафта.

Дополняет экспозицию различный натурный материал, который помогает понять ключевые моменты в условиях почвообразования, климата, рельефа, ландшафта. Например, для почв тундры это карликовые деревья, для чернозёмов – корневая система ковылей, для солонцов – столбчатый горизонт и многое другое.

История Почвенно-агрономического музея имени В.Р. Вильямса уникальна и заслуживает отдельной экспозиции. В музее есть не только мемориальный кабинет ученого, но и экспозиция, посвященная директорам музея, открытая в честь его 85-летия. В ней находится фотогалерея портретов руководителей музея, начиная со дня его основания до наших дней.

Сам кабинет сохранен именно в том виде, в котором он существовал при В.С. Кащенко, который руководил музеем В.Р. Вильямса с 1988 по 2013 год.

Кроме этого, часть галереи посвящена троим ученицам В.Р. Вильямса, ставшим первыми сотрудницами музея. Ксения Ильинична Голенкина, Наталья Петровна Колпенская и Ольга Семеновна Ростовцева проработали здесь всю жизнь. Они проделали огромную работу по подготовке коллекций, паспортизации и сохранению архива и наследия их учителя.