La colección de bellas artes está formada por más de mil obras, entre pintura, obra gráfica y escultura. La mayoría de ellas representan escenas y combates navales, vistas de puertos y ciudades –españolas, europeas y americanas–, buques y embarcaciones, así como retratos de los grandes protagonistas de la historia de la Armada.

La colección de pintura es muy heterogénea, desde cuadros al óleo a acuarelas, con una cronología que va desde el siglo XVI hasta el siglo XXI, destacando sobre todo la colección de pintura del siglo XIX. La temática es variada desde la retratística con efigies de la familia real, almirantes, ministros de marina o personalidades relacionadas con el mundo naval a marinas, batallas navales o representaciones de navíos. La colección cuenta con ejemplos de artistas como Cornelis de Wael, Adam Willaerts o Juan de la Corte, a Vicente López, Antonio María Esquivel, Ángel Cortellini, Antonio Muñoz Degrain, Rafael Monleón, Joaquín Sorolla o José Garnelo, entre otros.

Por su parte, la colección de artes gráficas contiene estampas y matrices realizadas en diversas técnicas: calcografía –aguafuerte, buril y aguatinta–, litografía y xilografía. Los temas abarcan desde la historia naval al retrato, el paisaje o las marinas, con una cronología que va desde el siglo XVI al XX. Están realizadas por autores de diferentes escuelas, principalmente española, alemana y flamenca. Destacan, entre otros, un conjunto de grabados de Frans Huis basados en dibujos de Pieter Bruegel el Viejo, el grabado de la ciudad de Sevilla de Janssen Johnson Janssonius, y los grabados de Iohann August Corvinius, de unos originales de Paulus Decker, sobre la Guerra de Sucesión Española.

De la colección de escultura destacan los retratos de marinos ilustres, como Jorge Juan, obra de Vicente Loureiro, Blas de Lezo, realizada por Fernando Montero de Espinosa, o Federico Gravina y Napoli, realizado por el italiano Gaetano Merchi, escultor de cámara del monarca Carlos IV. También se conservan retratos de la familia real, como el busto de Carlos III de Juan Pascual de Mena, la escultura de Alfonso XIII obra de Lorenzo Coullaut-Valera, o el busto de don Juan de Borbón y Battenberg, conde de Barcelona y capitán general de la Armada, obra de Ramón Cuello Riera.