Собрание графики насчитывает около 1500 произведений XVI – ХХI века. Включает в себя печатную и оригинальную графику. Печатная графика представлена плакатами периода XIX – ХХI века, афишами, образцами бумаги Лальской писчебумажной фабрики, конфетными обертками великоустюгских конфетных фабрик. Большую часть коллекции составляют произведения оригинальной графики: русская графика XVIII – начала XX века, гравюры западноевропейских мастеров XVI – XIX века, современная отечественная графика, графика вологодских художников XIX– ХХI века. Состав коллекции отличается широтой и разнообразием представленных в ней материалов: это рисунки, акварели, чертежи, гравюры. Западноевропейская графика представлена именами Брея Старшего, Петера Флётнера, Ганса Шауфелейна, Альбрехта Альтдорфера, Альбрехта Дюрера, Рембрандта Ван Рейна. Значимая часть собрания – коллекция работ талантливого офортиста и акварелиста Евстафия Павловича Шильниковского (ученика знаменитого художника-гравера В.В. Матэ). Коллекция отображает два этапа творческого пути художника: Шильниковский – рисовальщик и офортист и Шильниковский – художник, посвятивший большую часть жизни развитию искусства чернения по серебру (альбом рисунков на изделия фабрики «Северная чернь», 214 из которых выполнены Е.П. Шильниковским).
Самой большой авторской коллекцией, насчитывающей более 50 произведений, является собрание работ известного советского графика Ильи Трофимовича Богдеско, поступившие в музей в 2008 - 2012гг.