Pe lânga valorile umane cultivate de spiritul colegiului de-a lungul zbuciumatei sale istorii, se remarca în aceeaşi masura interesul de a înnobila acest spatiu aparte şi prin valorile materiale, create cu migala, rabdare şi dragoste de arta şi de ştiinta. Picturi, piese de mobilier, colectii rare de fluturi şi de roci, remarcabile valori de patrimoniu, întregesc unicitatea acestei catedrale a culturii, ce iese astfel din tiparele obişnuite ale unei simple institutii de învatamânt.
Biblioteca Colegiului National "Carol I" este una dintre cele mai valoroase din tara prin vechime şi prin tezaurul pe care îl detine. Mai mult decât "un templu al culturii", cum o numea Nicolae Titulescu, fost eleval liceului, biblioteca "Mihail Strajan" are o identitate, o valoare şi o biografie, pe drept cuvânt, "regeşti". A luat naştere la 18 octombrie 1836 şi contine carti rare, tiparite cu mai bine de patru secole în urma, daca tinem seama ca cea mai veche carte înregistrata a fost tiparita în 1514 ("Tratat de numismatica" de Budeus). Lucrarea cu cele mai multe volume este "Mémoire et reconnaissance" cu autograful lui Lamartine, aflat pe prima pagina a volumului. Cele 40 de volume sunt legate în coperte verzi, scrise cu auriu şi dateaza din 1826, chiar anul înfiintarii colegiului. Cea mai valoroasa carte româneasca existenta în biblioteca este Biblia de la Bucureşti, unul dintre putinele exemplare pastrate în tara.
Petale zburatoare - colectia de fluturi: 5700 de exemplare exotice şi 2000 de microlepidoptere autohtone se afla în colectia de fluturi adapostita de Colegiul National "Carol I". În 1974, colectia de fluturi Adriana şi Ioana Rusescu a completat colectia Claudia şi Ion Stanoiu, reunind astfel exemplare din toate zonele globului. Pot fi admirate aici specii precum Bombicidele de China, Brasolidele din Peru, Uranidele din Madagascar, Morfidele din Brazilia, Peruşi Guyana, Papilonidele din Sumatra şi Filipine, Argona Mittrei din Madagascar, Hysania Agrippina din Brazilia, Fluturele Morpho, Fluturele Caligo Eurilocus, Fluturele Saturnia Pyridin Oltenia etc.
Bombicidele din China par sculptate în lemn, fluturii din Peru au aripi moi de catifea fina, Uranidele din Madagascar au şapte franjuri multicolore. Fascinante sunt aripile de albastra sidefat cu reflexe ale Morfidelor.
Papilonidele din Sumafra şi Filipine sunt pufoase, oferind contraste de negru-galben sau crem (cele din India). Nimpholidele au toate culorilezeieşti ale nimfelor legendare, de la roşu sângeriu la portocaliu sau bleumarin.
Acum uriaşii: cel mai mare fluturedinlume este la sala 203, Argona Mittreie galben pai cu patru ochi şi zbura cândva în Madagascar. Lânga el, Hysania Agrippina vine din Braziliaşi este gri-vernil cu inflexiuni de aur vechi. Uluitoare sunt aripile sidefate fosforescent de un albastru incredibil al fluturilor Morpho care au nume mitologice: aurora, cacica, adonis, telemachus, hercules...
Colectia de fluturi autohtoni cuprinde microlepidoptere din toata tara, macrolepidoptere din sudul Olteniei, zona Calopar-Salcuta şi Padurea Cobia-Segarcea - zona necercetata pâna în prezent, singurul loc unde traieşte specia Saturnia Pyri.
Colectia de roci: Douazeci şi patru de roci descoperite pentru prima data pe teritoriul României se afla la Colegiul National "Carol I". Aceasta colectie a fost realizata de învatatorii Dumitru şi Stefania Alexandrescu între 1900 şi 1982 şi donata colegiului în 1985. Rocile sunt adunate din minele de la Cavnic, fostele mine aurifere de la Baia Sprie, Herja, Ruşchita şi din muntii Gutin. Printre ele se numara diamantul de Maramureş, marcasita, cuartul ametistizat, blenda neagra, cuart de cavnic, cuart cu calcita, marcasita, pirita, ametist, azurit, stribina cubarita.
O alta valoare adapostita la Colegiul"Carol I" este Ecorşeul lui Brâncuşi, lucrarea de absolvire a Şcolii de Belle Arte din Bucureşti. Replica aflata în laboratorul de biologie de la Colegiul National "Carol I" este una dintre cele patru existente în lume. Sursa de inspiratie pentru Ecorşeu a fost mulajul lui Hermes, aflat în Muzeul Capitolium din Roma.