Sous Louis XIV, plus de 150 statues animent les jardins et concourent au rayonnement de Marly.
La mythologie est la principale source d’inspiration de la statuaire.
Le thème est plus bucolique et champêtre qu’à Versailles comme l’illustrent les deux Méléagre (1703), de Nicolas Coustou, l’un chassant le cerf, l’autre le sanglier.
Les sculptures de Marly - antiques, copies d’œuvres célèbres ou de statues commandées pour Versailles - proviennent pour partie des magasins royaux.
Les deux muses Clio et Euterpe, deux antiques installés à l’origine dans Le Parnasse, du côté du bosquet de Louveciennes, témoignent de cette grande statuaire tout comme la terre cuite du XIXe siècle, librement inspirée des Enfants à la chèvre de Jacques Sarrazin (1640, musée du Louvre).
Quelques commandes, et notamment Mercure et La Renommée d’Antoine Coysevox, placées sur l’Abreuvoir (1702) sont exécutées vers la fin du règne.
Un moulage du buste de la Renommée soufflant dans sa trompette la gloire de Louis XIV est présenté dans le jardin du musée.
Aux statues en marbre s’ajoutent des bronzes. Parmi eux, la statue de l’Aurore descendant de son char, dessinée par François Girardon et fondue par les frères Keller, est placée en 1701 au Belvédère. Le musée en présente une réduction.
La décoration du domaine de Marly a associé les plus grands noms de la sculpture des XVIIe et XVIIIe siècles : François Barois, René Frémin, Anselme Flamen, Antoine Coysevox, Guillaume et Nicolas Coustou, Pierre Lepautre…
En 1745, Guillaume Coustou achève le groupe des Chevaux de Marly.
Le musée en présente une réduction en bronze du XIXe siècle.
Madame Du Barry, maîtresse de Louis XV et résidente de Louveciennes est représentée en Fidélité par son sculpteur favori, Augustin Pajou, et par un buste en porcelaine, de la fin du XIXe siècle, au piédestal orné de son chiffre.
Les collections du musée comportent également quelques œuvres des XIXe et XXe siècles, notamment celles d’Emmanuel Frémiet et d’Aristide Maillol.