Коллекция насчитывает более 2500 единиц хранения, основную часть её составляют произведения темперной живописи – иконописные памятники XV–XX веков, также имеется небольшое собрание культовой скульптуры и резных икон.

Формирование коллекции началось в Карелии ещё в 1903 году, когда в Петрозаводске было основано Олонецкое епархиальное церковное древлехранилище. Позже его собрание перешло на хранение в Карельский государственный музей. В период Великой Отечественной войны при оккупации Петрозаводска финскими войсками иконное собрание в числе других музейных предметов оказалось в их руках. Финские войска вывозили иконы также и из храмов Заонежского полуострова и прилегающих к нему территорий. После окончания войны возвращенные Финляндией по мирному договору иконы и другие древности были сосредоточены в Петрозаводске. Это собрание икон было передано основанному в 1960 году Музею изобразительных искусств КАССР. С первых лет работы музея коллекция начала интенсивно пополняться благодаря проведению многочисленных экспедиций в районы Карелии. В настоящее время иконописный фонд музея включает около 2500 памятников, из которых 330 икон «раскрыто» усилиями реставраторов – Г.В.Жаренковым, А.А.Белай, Н.В.Перцевым, С.В.Ямщиковым, А.И.Байером, И.Н.Куспак, М.Ф.Смирновой и другими.

Самыми ценными в коллекции считаются иконы раннего времени написания – это XV – начало XVI века, они представляют собой классические образцы новгородской школы иконописи. Особой гордостью коллекции является собрание икон «северного письма» – памятников, которые созданы на Севере России и имеют свои стилистические, технологические и колористические особенности. В состав коллекции также входят художественные ценности, имеющие происхождение из крупного старообрядческого центра – Выгорецкой пустыни.

Наиболее значимые памятники коллекции: «Пророк Илья» из часовни Пророка Ильи в дер. Пяльма, «Св. Власий Епископ Севастийский» из с. Мегрега, «Чудо св. Георгия о змие» из дер. Кукасово (Пирзаково) Пудожского р-на, «Божья Матерь Смоленская» из деревни Кинерма, «Деисусный чин» из дер. Часовенская (близ Есино) Медвежьегорского р-на, «Огненное восхождение пророка Ильи, с житием» мастера Игнатия Пантелеева, «Преподобные Зосима и Савватий Соловецкие, с житием» из часовни дер. Кургеницы Медвежьегорского р-на, «Лествица преподобного Иоанна Лествичника, со страдальцами», «Святой Николай Чудотворец, с житием» из д. Паданский Погост Медвежьегорского района (Сегозерье)

Коллекция насчитывает более 3300 единиц хранения, разнообразна по своему составу и включает в себя памятники культового прикладного искусства («поморское» медное литье), предметы зарубежного и русского дореволюционного искусства (фарфор и фаянс), произведения современного декоративно-прикладного искусства и мастеров народных промыслов.

Наиболее полная и значительная часть коллекции – это собрание предметов традиционного народного искусства Карелии: более 2000 произведений, созданных русскими, карельскими и вепсскими народными мастерами. Это – костюм, вышивка, ткачество, резьба и роспись по дереву, берестяная, медная, керамическая утварь, относящиеся к XIX – первой половине XX века. Формирование коллекции – результат деятельности сотрудников музея. Основой собрания послужили 160 произведений вышивки и ткачества, переданные в 1961 году из Карельского государственного краеведческого (ныне Национального) музея. Наиболее интенсивно и планомерно коллекция формировалась в 1970–1980-е годы за счёт многочисленных экспедиций, организованных музеем, а также закупок у частных лиц, коллекционеров, современных народных мастеров. 

Значимые памятники в коллекции: образцы вышивки женского художественного творчества, в которых демонстрируются все характерные типы орнаментов (геометрические, растительные, антропоморфные, зооморфные) и основные швы, образцы золотошвейных головных уборов замужних женщин XIX века, которые были особо распространены среди русского населения (кокошники Пудожья и повойники Поморья).

Собрание западноевропейского фарфора XVIII–XIX веков (образцы продукции Мейсенской и Севрских мануфактур), сосуды XVI–XVII веков из крупнейших центров производства немецкой каменной керамики в Рейнской области (Рёрен и Вестервальд) поступили в Петрозаводск из расформированного в 1928 году Ленинградского государственного музейного фонда и являются национализированными предметами из бывших коллекций Санкт-Петербургских и Царскосельских дворцов и особняков. Несколько предметов коллекции ранее принадлежали дворцовому музею Александра III в Аничковом дворце Санкт-Петербурга.

Традиционное народное искусство Карелии: каталог. Петрозаводск: Verso, 2015.

Коллекция насчитывает почти 600 произведений изобразительного искусства: живописные полотна, графические работы, скульптура конца ХVIII – начала ХХ века, созданные как неизвестными художниками, так и широко признанными и знаменитыми русскими мастерами.

Начало коллекции русского искусства в Карелии было положено ещё в 1928 году, когда из Ленинградского государственного музейного фонда в Петрозаводск поступили картины Ивана Айвазовского, Ивана Крамского, Арсения Мещерского, Николая Сверчкова и других. Это небольшое, но весьма ценное собрание было передано в Музей изобразительных искусств из Карельского краеведческого музея в 1960-1961 годах. В целях пополнения коллекции художественного музея региона в течение 1960-х годов через закупочную комиссию Государственного Русского музея в Музей изобразительных искусств поступили произведения русских художников из частных собраний Ленинграда, значительная часть работ была передана безвозмездно из фондов Эрмитажа, Русского музея, Третьяковской галереи. Также из дублетного фонда Русского музея в 1981 году Музей изобразительных искусств получил небольшую коллекцию русской гравюры XVIII–XIX веков.

Гордостью собрания русского изобразительного искусства музея являются живописные полотна Федора Рокотова, Ивана Айвазовского, Алексея Боголюбова, Ивана Крамского, Ильи Репина, Василия Поленова, Константина Коровина, Иосифа Браза, Александра Рылова и других русских художников. Графическое наследие представлено резцовой гравюрой XVIII века, а также акварелями Александра Бенуа, пастелью Карла Барду, сангинами Василия Шухаева. Фонд русской скульптуры отличают имена Петра Клодта, Евгения Лансере, Федора Шубина и других.

Особенно выделяется в составе коллекции собрание картин русских художников, ранее находившихся в Аничковом дворце Санкт-Петербурга, в том числе произведения цесаревны (в дальнейшем императрицы) Марии Фёдоровны Романовой, матери последнего российского императора Николая II.

Живопись: русская живопись XVIII – начала XX века, отечественная живопись ХХ века, живопись Карелии ХХ века, западноевропейская живопись XVI – ХХ веков: каталог. Петрозаводск: Verso, 2005.

Станковая графика: русская графика XVIII – начала XX века, отечественная графика XX века, графика Карелии XX века, зарубежная графика XX века: каталог. Петрозаводск: Карелия, 2008.

Коллекция насчитывает более 4000 произведений, созданных мастерами Москвы, Ленинграда (Санкт-Петербурга) и других художественных центров страны. Хронологические рамки коллекции охватывают столетнюю историю изобразительно искусства с 1920-х годов до современности.

Коллекция начала формировать в 1960-е годы, с первых лет работы музея. Ее основу составили произведения, поступившие из Государственного краеведческого музея, из запасников Министерства культуры СССР и РСФСР. В 1970-е годы были определены основные направлениями собирательской деятельности музея в сфере современного российского искусства: пространство Русского Севера и образ Карелии в произведениях отечественных художников; творчество художников ближайшего к краю культурного центра – Ленинграда (Санкт-Петербурга); искусство 1920–1930-х годов, как наиболее многоплановый и яркий период в развитии советского искусства. В ходе планомерной собирательской работы музея через проведение выставочной деятельности, в результате посещения мастерских и активных контактов с художниками и их наследниками в собрание музея поступило значительное число произведений искусства, в том числе и ряд монографических коллекций. Комплектование фонда продолжается на современном этапе.

Особое своеобразие этому разделу придают работы учеников теоретика и практика аналитического искусства Павла Филонова – Михаила Цыбасова, Алисы Порет, Татьяны Глебовой, Павла Кондатьева и других. Известность коллекции музея принесли произведения наиболее ярких представителей ленинградской художественной школы 1960–80-х годов: Завена Аршакуни, Валерия Ватенина, Ярослава Крестовского, Бориса Шаманова, Виталия Тюленева, Виктора Тетерина, Евсея Моисеенко. Московская школа представлена известными именами – Николай Андронов, Наталья Нестерова, Евгений Расторгуев, Борис Рыбченков и другие. Эти имена дополняют известные советские скульпторы: Марина Рындзюнская, Сергей Коненков, Игорь Крестовский.

В последние годы коллекцию пополнили произведения художников – наших современников, отличающиеся многообразием художественных поисков, процессом переосмысления культурного наследия, обновлением духовной составляющей искусства. Гордостью коллекции этого периода времени можно считать произведения Бориса Калаушина. Евгения Орлова, Юрия и Ирины Грецких, Олега Ланга, Давыда Плаксина и многих других.

Живопись: русская живопись XVIII – начала XX века, отечественная живопись ХХ века, живопись Карелии ХХ века, западноевропейская живопись XVI – ХХ веков: каталог. Петрозаводск: Verso, 2005.

Станковая графика: русская графика XVIII – начала XX века, отечественная графика XX века, графика Карелии XX века, зарубежная графика XX века: каталог. Петрозаводск: Карелия, 2008.

Коллекция искусства Карелии ХХ – начала XXI века придает собранию музея черты уникальности, неповторимости. Более 5000 произведений живописи, графики, скульптуры отражают практически всю историю развития профессионального изобразительного искусства региона. Первые произведения карельских художников были переданы в 1960 году из Карельского государственного краеведческого музея. В дальнейшем пополнение коллекции происходило через систему закупок Министерства культуры КАССР, а также из фондов Министерства культуры СССР и РСФСР, а также приобреталось или принималось в дар у авторов и их наследников.

Коллекция построена по монографическому принципу и достаточно полно отражает творчество многих ярких художников Карелии. Наибольшую ценность для истории карельской культуры имеют произведения первых профессиональных художников Карелии В. Н. Попова и А. Я. Андриянова, которые в 1920-30-е годы много сделали для воспитания местных художественных кадров, а также произведения военной поры художников-фронтовиков К. Л. Буторова, О. П. Бородкина, К. Н. Осиповой, З. Е. Львовича и других.

Коллекция изобразительного искусства Карелии второй половины XX века является одной из самых ценных в собрании музея. Она дает полную и разнообразную картину художественной жизни эпохи и знакомит с лучшими произведениями таких карельских мастеров, как – живописцы: Суло Юнтунен, Борис Поморцев, Георгий Стронк, Михаил Юфа, Фолке Ниеминен, Екатерина Пехова, Валентин Чекмасов, графики: Тамара Юфа, Алексей Авдышев, Сергей Грязев, Александр Козлов, книжные графики Валентина и Сергей Чиненовы, Николай Брюханов, театральные художники: Эйла Тимонен, Вячеслав Поляков, скульпторы: Лео Ланкинен, Геннадий Ланкинен, Эдуард Акулов.

Современное искусство Карелии развивается в усложненных формах, обогащается открытием современной философской литературы, классическим наследием мирового искусства и новыми технологиями. В искусстве Карелии последних десятилетий особенно ярко заявили о себе художники, обладающие индивидуальным взглядом на мир, создающие свои творчеством метафорический образ бытия, чем приводят в движение интеллект зрителя, мотивируют его на самосовершенствование и познание вечных тайн мироздания: Александр Трифонов, Дмитрий Учуваткин, Сергей Терентьев, Аркадий Морозов, Владимир Зорин и другие.

Живопись: русская живопись XVIII – начала XX века, отечественная живопись ХХ века, живопись Карелии ХХ века, западноевропейская живопись XVI – ХХ веков: каталог. Петрозаводск: Verso, 2005.

Станковая графика: русская графика XVIII – начала XX века, отечественная графика XX века, графика Карелии XX века, зарубежная графика XX века: каталог. Петрозаводск: Карелия, 2008.

Коллекция западноевропейского искусства Музея изобразительных искусств Республики Карелия насчитывает около 300 произведений живописи, графики, скульптуры и декоративно-прикладного искусства XVI–XIX веков.

Она начала формироваться с небольшого собрания работ старых европейских мастеров фламандской, голландской и французской школ, которое в 1928 году было передано из Ленинградского музейного фонда первоначально в Карельский государственный краеведческий музей, а в 1960 году – в Музей изобразительных искусств. Позднее коллекцию пополнили живописные и скульптурные работы, полученные из Государственного Эрмитажа и Государственного Русского музея. Часть произведений живописи была приобретена у частных коллекционеров Ленинграда.

Коллекция живописи представлена произведениями как неизвестных художников, так и ведущих западноевропейских мастеров своего времени: «Сибилла» швейцарского художника Колера, «Развалины старого замка» немецкого художника Шнейдера, «Горный пейзаж» представителя женевской художественной школы Диде, «Городская площадь» голландского мастера Ван дер Хейдена, «Сусанна и старцы» из мастерской нидерландского художника Михеля ван Кокси и др.

Коллекцию живописи дополняет мраморные и бронзовые скульптурные произведения, имеющие в своей истории бытования дворцы и особняки Санкт-Петербурга и Царского Села и представляющие образцы работы западноевропейских мастеров XIX века: «Спящая Ариадна» французского скульптора Жана Антуана Гудона, «Спящий Амур» Вальтера Рунеберга, «Мальчик-рыболов» Иосифа Габовича, «Вставшая на дыбы лошадь и конюх» британского мастера Джозефа Эдгара Бёма, ряд скульптур парижской мастерской Фердинанда Барбедьенна.

Живопись: русская живопись XVIII – начала XX века, отечественная живопись ХХ века, живопись Карелии ХХ века, западноевропейская живопись XVI – ХХ веков: каталог. Петрозаводск: Verso, 2005.