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