На протяжении XX века музей приобретал или получал в дар работы лучших петербургских фотографов-художников и фотожурналистов. Кроме того, материалы поступали из ЛенТАСС, личных архивов жителей города, из таможни. Большая часть коллекции фотографий 1941–1945 гг. передана в дар непосредственно самими военными фотокорреспондентами. Она включает в себя работы известных мастеров Д. М. Трахтенберга, Б. П. Кудоярова, Б. С. Лосина, Б. В. Уткина и др. В 1980– 1990-е годы фонд пополнился материалами из архивов старейших петербургских фотографов: Л. Л. Зиверта И. Н. Наровлянского, В. П. Самойлова, А. Ф. Шувалова. В последние годы сформировалась внушительная коллекция работ современных мастеров: В. С. Антонщенкова, А. А. Китаева, С. А. Компанийченко, А. В. Крупнова, И. П. Потемкина, П. М. Маркина, И. В. Гундаревой, А. А. Смирнова, В. К. Дегтярева и др.
Большой интерес представляет собрание фоторабот, запечатлевших архитектурный облик города первой половины XX в.
Достаточно полно представлены фотодокументы, посвященные Великой Отечественной войне, блокаде Ленинграда, восстановлению города и его пригородов в послевоенное время. Снимки выполнены ленинградскими военными фотокорреспондентами: Д. М. Трахтенбергом, Б.В. Уткиным, Г. И. Чертовым, Б.С. Лосиным, В.Г. Федосеевым,
В.И. Капустиным, Н.П. Яновым и московским фотокорреспондентом Б.П.Кудояровым.
В 1960-е – 1990-е гг., благодаря планомерному комплектованию, фонд пополнился материалами из архивов старейших фотокорреспондентов Н.П. Карасева, Л.Л.Зиверта, И.А. Наровлянского, М.А Каше, В.П. Самойлова.
Музей гордится собранием фотографий, на которых зафиксированы все сохранившиеся на сегодняшний день храмы Петербурга. Эта большая работа выполнена в 1980-е гг. А.Ф. Шуваловым.
За последние годы музейное собрание пополнилось работами современных петербургских фотографов В.С. Антощенкова, И.В. Гундаревой, А.А. Китаева, С.А. Компанийченко, Л.С. Таболиной, И.П. Потемкина, С.А. Захарова, А.В. Сладкова, П.М. Маркина, С.В. Чабуткина, А.В. Усова и многих других талантливых фотомастеров.
Несомненной удачей для музея явилось приобретение в 2002 г. коллекции стереофотографий и стереонегативов, насчитывающей 6000 ед. хранения. Создателем этой коллекции, в которой представлены виды Петербурга – Петрограда – Ленинграда и многих других городов мира, является А.А.Кроленко (1889–1970), организатор и руководитель (1921-1929) издательства «Academia».
