Le musée possède une large collection de peintures et de sculptures couvrant le champ de la création artistique française, italienne, flamande et hollandaise du XVIIe et du XVIIIe siècle.
Écoles italiennes :
Les collections de peinture italienne rassemblent des œuvres baroques des XVII et XVIIIe siècles où dominent les écoles de Naples et de Venise. Outre des œuvres telles que la Vierge à la bouillie de Strozzi ou la Vue de Venise de Bassano, on trouve un bel exemple de l’École napolitaine peint par Luca Giordano: Le Retour de Perséphone, où l’artiste, dépassant le mythe, livre une véritable allégorie de la nature, réunissant autour de la déesse les quatre éléments : la mer, l’air, le feu et la terre.
Écoles hollandaises et flamandes :
Constituée à partir des années 1980 autour d’un noyau initial d’une vingtaine de tableaux, la collection de peintures flamandes et hollandaises du musée regroupe une cinquantaine de peintures dont la majorité date du XVIIe siècle. On y retrouve des sujets chers aux peintres du « siècle d’or » apportant un contre point à l’exubérance baroque italienne : paysages, natures mortes (Vase de fleurs de Bollongier, Nature morte avec ciboire de De Heem) et scène de genre, tels que Le Charlatan de Doomer, La Vieille fileuse au chat de Paulus de Bor, Le bénédicité de Staveren, Le repas d’Emmaüs de Sibilla, ou l’inquiétante Scène de sorcellerie dans une caverne de Cornélis Saftleven).
Écoles françaises :
Les plus belles factures des écoles françaises figurant dans les collections datent du XVIIIe siècle. On citera parmi celles-ci, Vénus dans la forge de Vulcain de Lucas Auger ou le poète Delille et sa femme, deux portraits inachevés d’Henri Pierre Danloux, portraitiste des émigrés en Angleterre durant l’époque révolutionnaire.
Sculptures :
Le musée conserve des modèles pour la statuaire publique, telles que le Gladiateur de Pierre Julien (modèle en plâtre du morceau de réception de l’artiste à l’Académie Royale des Peintures et Sculptures en 1779 dont le marbre se trouve au Louvre) et des œuvres importantes aussi bien esthétiquement qu’historiquement (Mars désarmé par l’amour, terre cuite anonyme du 18ème siècle, Faunesse et enfants de Clodion.).
Mais la figure dominante reste locale : Guillaume Boichot, sculpteur chalonnais né en 1735 et mort en 1814 qui réalisa entre autre les décors sculptés du Panthéon en 1792. Ses œuvres, bustes de Thésée et d’Hannibal, haut-reliefs représentant des Naïades, proviennent en partie du Château de Verdun-sur-le-Doubs dont l’artiste réalisa les décors entre 1770 et 1773.