Наличие в музейной коллекции чрезвычайно ценных и уникальных памяток искусства обеспечило музею славу далеко за границами Украины. В запасниках музея и картинной галереи хранится частное собрание семьи Ханенко (1,25 тысяч экспонатов), коллекция, которую собрал учёный-химик В. А. Щавинский, экспонаты, полученные по линии межмузейного обмена, и поступления из других источников. В настоящее время коллекция музея насчитывает свыше 25 тысяч экспонатов.