Ikonografijos kolekciją sudaro per 600 tūkstančių vaizdinės dokumentikos eksponatų, atspindinčių Lietuvos valstybės ir kultūros istoriją nuo seniausių laikų iki šių dienų. Medžiaga kaupiama ir sisteminama formuojant filokartijos, filatelijos, grafikos, klišių, ekslibrisų, plakatų, tapybos, ikonų, skulptūros, architektūrinių brėžinių ir dizaino projektų rinkinius. Gausiausias – fotografijos ir negatyvų rinkinys, kurio reikšmingą dalį sudaro autoriniai fotografų archyvai.

Ikonografijos rinkiniai išaugo iš senųjų Vilniaus kolekcijų – Vilniaus senienų muziejaus, Lietuvių mokslo draugijos, Vilniaus mokslo bičiulių draugijos ir kitų. Atkūrus Lietuvos nepriklausomybę juos ženkliai papildė reorganizuotų Religijos istorijos muziejaus ir Lietuvos valstybės muziejaus fondai, Kazio Varnelio namų-muziejaus eksponatai.

Lietuvos nacionalinio muziejaus fotografijos ir negatyvų rinkinys yra vienas didžiausių XIX a. antros pusės – XXI a. pradžios fotodokumentų archyvų Lietuvoje. Jame saugomi unikalūs senosios fotografijos eksponatai – 33 dagerotipai ir 4 ambrotipai iš XX a. pradžioje Vilniuje veikusių Mokslo bičiulių draugijos ir Vrublevskių bibliotekos fotografijų rinkinių. Muziejui jie buvo perduoti po Antrojo pasaulinio karo ir iki šiol yra vieni vertingiausių eksponatų. Tai XIX amžiaus Lietuvos politikų, visuomenės ir mokslo veikėjų, menininkų, kariškių, aristokratijos atstovų portretai. Didžiausią senosios fotografijos rinkinio dalį sudaro 1860–1915 metais Vilniuje dirbusių fotografų – Alberto Sweikowskio, Abdono Korzono, Achille Giuseppe Bonoldi, Juozapo Čechavičiaus, Stanislovo Filiberto Fleury, Johano Hiksos, Aleksandro Strausso, Aleksandro Jurašaičio, Aleksandros Jurašaitytės, Jano Bułhako ir kitų – darbai.