Erstmals ist das Stück einer Eichenscheibe ausgestellt, das während der Bauarbeiten im Warleberger Hof entdeckt wurde. Der spektakuläre Fund wurde bei den Ausschachtungsarbeiten für den Fahrstuhl des Stadtmuseums gemacht und war Teil des Fundamentes für einen Vorgängerbau. Nach dendrochronologischen Untersuchungen konnte das Holzstück auf das Jahr 1278 datiert werden. Damit ist bewiesen, dass bereits kurz nach der Stadtgründung auf dem privilegierten Gelände in direkter Nähe zum Schloss und zum Dänischen Tor ein stattliches Gebäude errichtet worden war.
Die frühesten oberirdischen Teile des Warleberger Hofes datieren in das Jahr 1616, als der Gottorfer Amtsschreiber Christoph Martens das Grundstück von Herzog Friedrich III. als steuerfreies Geschenk erhielt. Anders als in anderen Städten hatte der Kieler Rat dem Adel des Landes erlaubt, Gebäude und Grundstücke innerhalb der Stadtmauern zu erwerben. In unmittelbarer Nähe zum Schloss hatten Adelige daher repräsentative Häuser errichtet, die ihnen vor allem im Winter zum standesgemäßen Wohnen, für Festlichkeiten und zum Abwickeln von Geschäften dienten. Im 17. Jahrhundert gab es in Kiel 77 solcher Adelshäuser.
Ein weiterer Eigentümer des Gebäudes war von 1695 an Henning von Thienen auf Warleberg, der dem Haus seinen Namen gab. Henning Bendix von Rumohr ließ das Haus im Jahr 1765 grundlegend umbauen; aus dieser Zeit stammt auch das bis heute erhaltene Portal mit Rocaillendekor.
Von 1839 an nutzte die Universität den Warleberger Hof für verschiedene Institute. Seit 1970 dient das denkmalgeschützte Gebäude als Stadtmuseum. In den Erdgeschossräumen wurde die historische Ausstattung ehemaliger Kieler Altstadthäuser – Stuck, Tapeten, Deckenmalerei – installiert.
Ergänzend zur Geschichte des Warleberger Hofes werden in der neuen Dauerausstellung anhand exemplarischer Exponate schlaglichtartig zentrale Themen der Kieler Stadtgeschichte in vorindustrieller Zeit beleuchtet. Zum einen stehen Kiels Entwicklung nach der Stadtgründung, die städtische Verfassung und Gerichtsbarkeit, der Kieler Umschlag und die Situation in Kiel um 1700 im Mittelpunkt. Zum anderen richtet sich der Fokus auf die Hafenwirtschaft, den Seehandel und Schiffbau der damaligen Zeit. Von zentraler Bedeutung waren die besonderen Beziehungen zwischen Adel und Bürgertum, die die frühe Stadtentwicklung maßgeblich geprägt haben und immer wieder zu heftigen Kontroversen führten. Edle Fayencen und Kieler Silberschmiedearbeiten repräsentieren das adelige Leben an der Förde, während Zunftgeschirr sowie Amts- und Gildeladen für das bürgerliche Gemeinwesen stehen. Anhand der wenigen noch erhaltenen Dokumente und Bauteile wird auch das frühe Stadtbild mit seinen Fachwerkhäusern aus der Renaissance und dem Barock vorgestellt. Besonders anschaulich gelingt dies mittels einer Projektion aus 40 Fotografien aus den Jahren um 1900, die das Erscheinungsbild der Kieler Altstadt dokumentieren.
Wichtigstes Ausstellungsstück der neuen Dauerausstellung ist der Gewölbekeller selbst. Mit seinem imposanten Tonnengewölbe, seinen mächtigen Mauern, seiner Herdanlage und Zisterne gehört er zur ältesten Bausubstanz, die sich in Kiel finden lässt. Weitere herausragende Exponate der stadtgeschichtlichen Schau sind der Tisch des Kieler Niedergerichtes von 1624 – das älteste erhaltene Möbelstück der Stadt Kiel – , das Diorama „Kiel um 1700“, das Modell des Kieler Schweffelhauses von 1775 sowie Holzschnitzereien von Fassaden Alt-Kieler Häuser, sogenannte Knaggen, außerdem Gildeladen und Zunftgeschirr. Daneben werden der Öffentlichkeit repräsentative Stücke der Kieler Fayencemanufaktur aus der zweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts sowie kostbare Kieler Silberschmiedearbeiten, darunter ein silbernes Schiffsmodell als Tafelaufsatz gezeigt.