Billedarkivet
Billedarkivets materialer strækker sig fra 1500-årene til i dag. De fleste malerier stammer fra perioden ca. 1850-1930, mens de fleste fotografier er fra årtierne omkring 1900. Hertil kommer en mindre samling af film primært fra perioden 1930-1960.
Billeder af Københavns byrum
Billedarkivets hovedvægt ligger på billeder fra det københavnske byrum. Arkivet er topografisk orienteret, hvilket vil sige, at det er ordnet efter sted. Indenfor maleri og tegninger har museet en del værker af betydende kunstnere som H.G.F. Holm, Paul Fischer, Christen Købke, Christian Hetsch og Eckersberg, men overordnet set er det store flertal af billederne ikke kunsthistorisk centrale. De er derimod kulturhistorisk meget værdifulde.
Fotosamlingen
Fotosamlingen udgør et enestående materiale til belysning af byens forandringer fra den tidlige industrialisering og frem. En stor del fotografierne fokuserer på forandringsprocesserne i byen, og på livsformer, der gennem tiden har været ved at forsvinde. Samlingen rummer en række betydende enkeltsamlinger. Fritz Benzen, Frederik Riise og Ludvig Mariboes samlinger viser kvaliteten og spændvidden i fotosamlingen:
Fritz Benzens samling
Fritz Benzen (1864-1945) var aktiv som boghandler fra 1891. Han handlede også med billeder og har formodentlig optaget en stor del selv. Mange af motiverne fra hans samling er topografiske og langt størstedelen er fra København. Disse billeder viser gademotiver og har i samtiden været betragtet af kommerciel værdi i forhold til en bredere kreds. Det gør dem anderledes interessante end de fotosamlinger, der er opstået som et resultat af individuelle bestillinger til brug for den enkelte eller en familie.
Frederik Riises samling
Frederik Riise (1863-1933) fotograferede både portrætter og topografiske motiver. Portrætterne findes på det Kongelige Bibliotek, således at Københavns Museums samling altovervejende er topografisk. Udover de rent topografiske, som dokumenterer de grundlæggende ændringer København undergår i perioden, indeholder samlingen på 2345 negativer også en del mere arkitektur-prægede optagelser.
Ludvig Mariboes samling
Ludvig Mariboes samling er af en anden karakter end de øvrige samlinger i billedarkivet. Der er tale om mere end 3000 fotografier og et stort antal glasnegativer, som blev samlet af blikkenslagermester Niels Ludvig Mariboe i årene omkring 1900. En stor del af disse billeder har Mariboe tydeligvis købt af en række forskellige fotografer og mange af motiverne er topografiske. Det er tydeligt, at Mariboe har været interesseret i at fastholde de dele af byen, der forsvandt. Det er dog også en del fotos fra Mariboes egen tid. Blandt andet et billede af den første omnibus fra den 15. maj 1903 kl. 8 morgen. Billederne er meget ofte forsynet med Mariboes kommentarer på bagsiden, hvilket yderligere forøger deres værdi. På et billede af fagforeningsaktivisten Marie Christensen, der var formand for Københavns Tjenestepigeforening raser Mariboe over dette "... Sammenløb af Byens absolut uhæderligste, og til den af dem påtagne Gjerning ganske umulige individer...".
Portrætsamling
Udover private fotosamlinger fra enkeltperson har museet en meget stor portrætsamling af historisk betydende personer.
Avisudklip og blade
Billedarkivet rummer derudover også en stor samling af avisudklip, brochurer, enkeltblade etc, der primært er ordnet topografisk, men i et vist omfang også kronologisk og emnemæssigt.