Museets fotografiske kunstværker er samlet ind løbende af Det Kongelige Bibliotek, og arbejdet med at registrere værkerne er endnu ikke afsluttet. Men man regner med, at antallet overstiger 50.000 numre. Samlingen har en stor styrke i 1800-tallets udenlandske fotografi og i forskellige punktnedslag gennem det 20. århundredes udenlandske fotografi. Dansk fotografi er velrepræsenteret fra de tidlige år omkring 1839 og frem til vor egen tid. Navne som Félix Nadar, Henry Fox Talbot, Roger Fenton, Julia Margaret Cameron, August Sander og Man Ray er repræsenteret i museets samling.