La colección de pintura está formada por más de mil obras. Dentro de las temáticas presentes en la colección sobresalen las escenas de combates navales, los buques y embarcaciones de distintas épocas y los retratos de los grandes protagonistas de la historia de la Armada. A la colección de escultura pertenecen los mascarones de proa y los bustos de los marinos más destacados.

La colección de pintura es muy heterogénea, 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, Juan de la Corte, Vicente López, Antonio María Esquivel, Ángel Cortellini, Antonio Muñoz Degrain, Rafael Monleón, Joaquín Sorolla o José Garnelo, entre otros.

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, del 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.