I samlingen med tegninger er flere av kunsthistoriens mest kjente navn representert:
- Guido Reni
- Guercino
- Annibale Carracci
- Elisabetta Sirani
- Jean-Honoré Fragonard
- Rembrandt
- Vincent van Gogh
- August Heinrich
- Og ikke minst Caspar David Friedrich. Nasjonalmuseet har den største samlingen av tegninger av den tyske romantikeren utenfor Dresden.
Alle de mest sentrale norske grafikerne er representert i samlingen, blant andre:
- Edvard Munch
- Nikolai Astrup
- John Savio
- Rolf Nesch
- Anna-Eva Bergman
- Per Kleiva
- Sidsel Westbø
- Zdenka Rusova