La raccolta di dipinti esposti nel museo copre una cronologia che va dalla fine del Cinquecento alla metà circa del Settecento e illustra nelle sue linee principali lo sviluppo di questo genere pittorico soprattutto nel suo secolo d’oro, il Seicento. Sono presenti capolavori di artisti italiani e stranieri, giunti a Firenze grazie all’attento e aggiornato mecenatismo dei Medici.

A farla da campione assoluto nel museo di Poggio a Caiano è di certo il fiorentino Bartolomeo Bimbi, del quale sono esposte ben cinquantanove opere, inclusi i suoi celebri Campionari dei frutti prodotti nel Granducato di Toscana. Si tratta di dodici eccezionali dipinti eseguiti per la villa medicea della Topaia che raffigurano, con il massimo dettaglio e precisione scientifica, le innumerevoli qualità di agrumi, uve, pere, pesche, ciliegie, albicocche, mele, fichi e susine che, tra la fine del Seicento e gli inizi del Settecento, venivano prodotte nelle campagne e nei giardini della Toscana medicea (e che sono oggi quasi del tutto scomparse). Le tele, veri capolavori della natura morta italiana, sono ancora racchiuse in altrettanto splendide cornici intagliate con fiori e frutti, eseguite appositamente dall’olandese Vittorio Crosten. Di Bartolomeo Bimbi sono poi presenti nel museo anche alcune opere che “fotografano” animali esotici, “mostruosi” o eccezionali, visti con gli occhi di un artista-scienziato.

Sono inoltre esposti nel museo importanti dipinti di Willem Van Aelst, Felice Boselli, Jan Brueghel, Margherita Caffi, Giovanni Agostino Cassana, Filippo Napoletano, Giovanna Garzoni, Jan Davidsz De Heem, Monsù Aurora, Bartolomeo Ligozzi, Otto Marseus, Antoine Monnoyer, Cristoforo Munari, Pietro Navarra, Mario de’ Fiori, Giuseppe Recco, Andrea Scacciati, Giovanni Stanchi, Franz Werner Tamm, ed altri ancora.