La colección de maquetas procede en su mayoría del museo de ingenieros, siendo construidas a finales del s. XIX para uso de los cadetes de las academias militares que acudían al museo para completar su formación. Son representaciones a escala por lo general de batallas, edificios, u obras de ingeniería creadas con el fin de aprender historia de la técnica en ingeniería, arquitectura, tácticas de batallas, etc., destacan la de la Fábrica de Armas de Toledo, las del Santuario de Santa Maria de la Cabeza, la del Alcázar de Toledo, en su estado inicial y final durante la contienda ( y recientemente restaurada y colocada en la nueva sala del Historia del Alcázar) así como la de la Ciudad Universitaria, tras los efectos devastadores de la guerra civil.
Otra serie de maquetas representa distintas fortificaciones costeras abaluartadas, ubicadas tanto en España como en América. En ellas se percibe con claridad la importancia del estudio geográfico para conseguir la efectividad defensiva de la construcción. Sirva como ejemplo la maqueta a escala del Castillo de San Juan de Ulúa, en Veracruz.
Pero sin duda la joya de esta colección la constituye la maqueta de ciudad fortificada con un estudio de los sistemas de fortificación diseñados por los más destacados ingenieros militares europeos (Vauban) desde mediados del s. XVI hasta finales del s. XVII, momento en que fue construida. La maqueta , comúnmente denominada ”Vauban”, es un modelo perteneciente al Gabinete de Antigüedades de Felipe V, fabricado probablemente por un orfebre, con una base de ébano, bronce, en plata sobredorada y esmalte, que reproduce una plaza con varios sistemas defensivos ideales , y casi 3500 figuras (artilleros, zapadores y minadores, caballería y población civil formando escenas) de plata policromada.