Изобразительная коллекция музея не формировалась целенаправленно, тем не менее, сегодня в ней хорошо представлено творчество В изобразительной коллекции Гродековского музея представлены разные виды искусства: живопись, графика, скульптура, декоративно-прикладное искусство, всего около 1700 произведений искусства А.В. Шишкина, Н.В. Высоцкого, Г.С. Зорина, Г.С. Бочарова, И.А. Горбунова, В.Е. Романова, А.П. Лепетухина, А.Н. Дятала, В.И. Марченко и др.
Одним из первых живописных полотен, поступивших в Гродековский музей, является «Портрет Дерсу Узала» кисти В.Г. Шешунова. Картина позволяет нам не только увидеть сподвижника В.К. Арсеньева, его проводника нанайца Дерсу Узала, но и познакомиться с творчеством первого живописца российского Дальнего Востока. Портрет передан в музей в 1926 году.
Жемчужиной среди произведений исторического жанра в коллекции Гродековского музея является картина В.Е. Романова «Айгунский договор», написанная в 1947 г. В ней нашло художественное воплощение историческое для России событие: подписание генерал-
губернатором Восточной Сибири Н.Н. Муравьевым-Амурским в мае 1858 г. в маньчжурском городе Айгунь договора о разграничении владений в Приамурье. Большое историческое, искусствоведческое, экспозиционное значение имеют полотна «Первые русские на Амуре» и «Старый вокзал», написанные к 100-летию Хабаровска Г.С. Зориным и В.Д. Овчинниковым в 1958 г., «Оборона Петропавловска на Камчатке в 1854 году» Г.С. Зорина и Я. Куриленко 1950 года. Имеются в коллекции произведения, отражающие период послевоенного социалистического строительства в крае. Украшают изобразительную коллекцию Гродековского музеям многочисленные пейзажи Н.В. Высоцкого. В 2005 г. музейное собрание пополнился портретом Н.И. Гродекова работы неизвестного художника. Он был подарен музею Л.Л.
Вержбицким, внуком Н.И. Гродекова. Портрет хранился в семье около ста лет.В изобразительной коллекции музея представлены народные картины и произведения графики Китая, Кореи и Японии конца XIX – начала ХХ в. Часть графических листов привезена из Харбина в 1916 г. и передана в дар музею Л.П. Межаком, другая – из Токио врачом Н.В. Кирилловым в 1920 г. На некоторые графических листах имеются автографы В.К. Арсеньева, содержащие информацию об истории их поступления в музей.
Среди графики в изобразительной коллекции музея выделяются циклы карикатур В.В. Павчинского и И.А. Горбунова, рисунков на тему Великой Отечественной войны Л.И. Дешко, пейзажей Р.А. Юрьянова, книжной графики С.А. Чешкина, рисунков старого Хабаровска Г.С. Бочарова. Теплом, солнцем, запахом разнотравья веет от акварелей М.Г. Татьяниной.
В состав изобразительной коллекции музея также входят живописные задники и тематические картины из бывших экспозиций музея.