Le collezioni della Pinacoteca sono ripartite in due sezioni: la Sezione Antica e la Galleria d'Arte Moderna. La Sezione Antica presenta un'ampia panoramica d'arte e storia dall'età romana al secolo XVIII: mosaici, lapidi, sculture ed epigrafi romane ed altomedievali.

La parte più consistente e qualificata delle raccolte è costituita da dipinti e sculture che consentono di percorrere cinque secoli d'arte faentina e italiana. I fondi del '200 e '300 sono ridotti, ma di grande valore. Ben più ampio è il panorama offerto dalle opere del '400 e '500; oltre alle tavole tardogotiche, grande rilevo occupano gli artisti che hanno diffuso il Rinascimento a Faenza: Biagio d'Antonio, G. B. Bertucci il Vecchio, Marco Palmezzano, Donatello, A. Rossellino e il Maestro della Pala Bertoni.

Imponente è la raccolta di pale d'altare del '500 e '600 "emigrate" dalle chiese di Faenza: documentano la vitalità della cultura artistica nell'ambito del manierismo che culmina in Ferraù Fenzoni, l'artista che fa da ponte verso il secolo barocco. Fra i nuclei tematici di maggiore spicco: le nature morte di Recco, Ruoppolo, Boselli, Resani, Magini e Levoli, con i quali si entra nel sec. XVIII. Di questo periodo sono i paesaggi, le battaglie, i dipinti di genere, spesso anonimi, talvolta di artisti notevoli: A. Locatelli, S. Orlandi, G. Bucci e F. Guardi.