Die Gemäldesammlung umfasst Malerei vom 18.-20. Jahrhundert. Grundstock bildet die Sammlung des 1832 gegründeten Kunstvereins. 1883 kam die umfangreiche Sammlung Friedrich und Amalie Löbbecke hinzu. Im 20. Jahrhundert erfolgten verschiedene Vermächtnisse, unter denen das von Hermann Heydenreich 1938 besondere Erwähnung verdient. Neben umfangreichen Beständen an Arbeiten von Braunschweiger Künstlern wird auch ein Querschnitt durch die Malerei des 19. Jahrhunderts geboten mit Werken der Düsseldorfer Malerschule, Künstlern der Münchner, Dresdener, Berliner Akademien sowie aus anderen Orten.
Zu den herausragenden Werken gehören die Landschaften von Pascha Johann Friedrich Weitsch, qualitätvolle Porträts seines Sohnes Friedrich Georg Weitsch, Gemälde von Carl Friedrich Lessing, Ferdinand Georg Waldmüller, Carl Spitzweg, Heinrich Brandes, Rudolf Henneberg, Franz von Stuck, Otto Modersohn, Leo von König und Max Peiffer Watenphul.