Музей обладает уникальной коллекцией произведений художника, графика и иллюстратора Е.В. Войшвилло, включающей 83 графических листа с изображениями исторических судов и 74 образца книжной графики. Кроме того, в коллекции широко представлены работы таких российских и калининградских графиков-акварелистов, как А.А. Тронь,  Н.П. Смирнягина, В.А. Цикин, А. А. Шевченко. Коллекция западноевропейских мастеров-графиков  представлена работами  Э.А. Ленгрюна, Ю.Зиммеринга, Х. Ноймана, Д. Сташуса и др.

Особое место в составе музейной коллекции графики  занимают рисунки участников морских экспедиций, самодеятельных авторов, ученых и членов экипажей судов: доктора биологических наук Л.А. Пономаревой, доктора географических наук В.П. Зенковича, капитана НИС «Витязь» М.В. Соболевского, гидрографа-геодезиста, участника двух гидрографических экспедиций Северного ледовитого океана Ю.Н. Журавлева и др.

Особняком в коллекции стоит научный рисунок. Графическая иллюстрация и рисунок в научной работе всегда были и останутся важнейшей формой представления научных результатов, как непреходящий и естественный метод познания природы. Неотъемлемой частью биологического образования является умение рисовать. В собрании Музея Мирового океана представлены научные рисунки рыб Курило-Камчатской впадины, выполненные в 14-ом рейсе НИС «Витязь» сотрудником Института океанологии им. П.П. Ширшова АН СССР Л.А. Пономаревой, рисунки китообразных и глубоководных видов рыб Мирового океана, выполненные сотрудниками АтлантНИРО И.А. Труновым и К.Г. Кухоренко. Научные рисунки, безусловно, имеют не только научную, но и художественную ценность. В 2010 г. Музеем совместно с АтлантНИРО издан альбом «Рыбы Атлантики».