Коллекция живописи и графики насчитывает свыше 5 тыс. единиц масляной и темперной живописи, рисунков, графических листов выполненных в различных техниках.
Среди первых поступлений живописных работ – серия из 27 масляных этюдов П.М. Кошарова, созданных во время экспедиции П. Семенова на Тянь-Шань в 1857 г.
В 1923 г. из Государственного музейного фонда поступила коллекция, в которой были живописные исторические портреты XVIII века, написанные неизвестными мастерами: Петра I, императрицы Марии Федоровны, Павла I, Ермака. Портрет Петра I является образцом парсунного письма русской школы, когда на смену старым иконописным традициям приходило новое, светское по содержанию, искусство. К этой же категории можно отнести и портрет Ермака, который отличается от аналогичных изображений, хранящихся в других музеях Сибири, более тонкой психологической характеристикой образа.
В 1920-е гг. в музее формируется коллекция авангардной живописи, в ее составе работы А. Явленского, В. Уфимцева, Н. Мамонтова, А. Сорокина.
С 40-х гг. ХХ в. музеем приобретаются работы омских художников, написанные в манере социалистического реализма. Это произведения на тему Великой Отечественной войны, портреты Героев Советского Союза, передовиков производства, сюжетные картины производственной тематики. В коллекции собрана живопись омских художников нескольких поколений – К. Белова, В. Волкова, Н. Третьякова, С. Белова, Д. Муратова, В. Александрова, Г. Кичигина и др.
Авторская графика XVIII в. включает 47 работ, многие из которых являются шедеврами гравировального искусства. Среди них портрет Елизаветы Петровны работы Г. Шмидта, Портрет Екатерины II работы Н. Уткина, портрет актера Федора Волкова и др. Эти листы поступили из Государственного музейного фонда в 1924 г.
Не меньший интерес вызывают карандашные и акварельные зарисовки художников-фронтовиков – А. Оськина, И. Полякова, И. Сивохина. Выполненные на крохотных листочках бумаги, они раскрывают перед нами страницы истории отечественной войны 1941-1945 гг.
Графика периода 1950-2000-х гг. представлена эскизами театральных костюмов и декораций, ковров, логотипов; коллекцией экслибрисов, натурными зарисовками омских художников Шульпиных, В. Кукуйцева, коллажами Дорохова, печатной графикой Н. Горбунова и др.
