Жемчужиной коллекции живописи можно считать наследие древлехранилища – небольшое собрание провинциальной портретной живописи конца XVIII – первой половины XIX в. Это копийные портреты Екатерины II, М.В. Ломоносова, епископов Александра, Боголепа, Иоанникия, возглавлявших в разные годы Великоустюжскую и Тотемскую епархию, портреты устюжских купцов Г.В. Усова, Л.Г. Захарова, А.М. Булдакова и его жены.

В экспозиции музеяЗамечательны картины А.А. Борисова, первого в отечественном искусстве живописца, воспевшего Русский Север и Заполярье, сумевшего силой своего таланта показать красоту Арктики, этого сурового царства вечных льдов. Несколько своих работ Борисов подарил музею, в конце 1920-х годов из Третьяковской галереи поступили еще три картины художника (их приобретал для своего собрания сам П.М. Третьяков). В 1970-е годы экспозиция пополнилась рядом этюдов Борисова и его личными вещами.

Долгие годы музей сотрудничал с заслуженным деятелем искусств РСФСР Е.П. Шильниковским. Помимо работ в технике чернения по серебру, можно увидеть его офорты, линогравюры, живописные произведения.

Современное искусство представлено работами устюжских художников В.Н. Латынцева, Б.А. Студенцова, В.А. Максимова, С.К. Мальцева и многих других.

Вызывают восхищение произведения декоративно-прикладного искусства: российские и европейские изделия из фарфора и фаянса, жемчуга, бисера и стекляруса.