In der Gemäldegalerie werden vor allem deutsche, niederländische und italienische Gemälde des 14. bis 20. Jahrhunderts gezeigt, darunter Bilder des Maestro del Bambino Vispo, Borgognone, Luca Cambiaso, Hans Schäufelein, Bernardino Licinio, Bartholomäus Spranger, Orazio Borgianni, Leandro Bassano, Pieter Claesz, Jacob Jordaens, Frans Wouters, Luca Giordano, Giuseppe Recco, Marco Ricci, Alessandro Magnasco, Januarius Zick, Giovanni Antonio Pellegrini, Matthäus Günther, Giovanni Battista Tiepolo, Friedrich Overbeck, Carl Rottmann, Martin von Wagner, Franz von Lenbach, Max Liebermann, Hans Purrmann. Unter den Skulpturen ragen Werke Tilman Riemenschneiders und seiner Schule hervor, aber auch Werke der Bildhauerin Emy Roeder.
Die Graphische Sammlung besitzt ca. 11000 Handzeichnungen und 14000 Blatt Druckgraphik. Zu den wertvollsten Stücken gehören Handzeichnungen Federico Baroccis und der Tiepolo-Familie sowie Kupferstiche und Holzschnitte Albrecht Dürers.
Der Lehrstuhl für Klassische Archäologie unterhält enge Beziehungen zu allen Abteilungen des Martin von Wagner Museums.
