В коллекции музея представлены уникальные памятники итальянского Возрождения, прекрасные полотна «золотого века» голландских и фламандских мастеров, французских художников ХVII-ХIX веков: Я. Бассано, Л. Джордано, Ф. Казановы, Ф. Снейдерса, Д. Тенирса Младшего, А. Ф. ван дер Мейлена, Г. Робера; интересные образцы мейсенского фарфора и западноевропейской бронзы.

Интересное собрание произведений художников, знаковых для русского портретного искусства: В.А. Тропинина, И.Н. Крамского, И.Е. Репина, а также жанровых картин В.Е. Маковского, Н.А. Касаткина, В.В. Верещагина.

Произведения живописи, графики, скульптуры и декоративно-прикладного искусства XX и XXI веков составляют две третьих собрания Севастопольского художественного музея. Среди них работы знаменитых русских художников, чье творчество сформировалось до Октябрьской революции: А. В. Куприна, П. П. Кончаловского, К. С. Петрова-Водкина, И. Э. Грабаря, К. Ф. Юона, И. И. Бродского, картины А. А. Дейнеки, Г. Г. Нисского, Е. С. Зерновой, в которых наиболее ярко воплотились черты современного им стиля в искусстве и произведения украинских живописцев: Т. Н. Яблонской, А. М. Кашшая, Н. П. Глущенко и др.