Il patrimonio fotografico è composto da circa 1.600.000 fotografie originali rappresentative di tutte le tecniche sperimentate dagli albori della fotografia (tra cui dagherrotipi, carte salate, negativi su vetro al collodio, autocromie, carte al carbone e ai sali di ferro) e fino alle soglie del XXI secolo (con fotografie native digitali), di cui sono autori fotografi anche di fama internazionale. Tra questi, per l’Ottocento, compaiono Nadar, Adolphe Braun, Franz Hanfstaengl, Brogi e Alinari di Firenze, Anderson di Roma, Carlo Naya di Venezia, Alfred Noack, Giorgio Sommer, Eugène Sévaistre, Stefano Lecchi, Wilhelm von Gloeden, i milanesi Alessandro Duroni, Pompeo Pozzi, Luigi Sacchi, Giulio Rossi, Icilio Calzolari, Guigoni & Bossi, Studio Ganzini, Leone Ricci, Varischi & Artico, Giuseppe Beltrami, Luca Comerio, Italo Pacchioni; Abdullah Frères,  Antonio e Felice Beato, Fèlix Bonfils, Fratelli Bisson, Edouard Denis Baldus, Henry Peach Robinson, James Robertson, Pascal Sebah.

Per il Novecento: Emilio Sommariva, Antonio Paoletti, Mario Perotti, Mario Crimella, Dino Zani, Attilio Badodi, Elio Luxardo, Bruno Stefani, Giulio Galimberti, Leopoldo Metlicovitz, Claudio Emmer, Henri Cartier-Bresson, Paolo Monti, Carla Cerati,Gianni Berengo Gardin, Lamberto Vitali, Francesco Radino, Mario Cresci, Ugo Zovetti, Luigi Bussolati, Giampietro Agostini, Tancredi Mangano, Francesco Giusti, Cesare Colombo, Aldo Ballo e Marirosa Toscani Ballo, Enrico Cattaneo.

L'Istituto ha continuato quindi ad accogliere fondi, archivi, raccolte importanti (per autori fotografi, tecniche, collezioni e testimonianze documentarie) implementando costantemente il patrimonio rispetto ai nuclei originari. Tra i nuclei di maggior rilievo si segnalano la preziosa serie di Stefano Lecchi sulla Repubblica Romana del 1849, i fondi dedicati ai moti risorgimentali e del 1898, alle esplorazioni e ai viaggi nell’Impero Ottomano, in India, Cina e Giappone; le collezioni di fotografie di Lamberto Vitali (1896-1992), primo studioso della fotografia italiana; i fondi Leopoldo Metlicovitz, Boschi Di Stefano, Henri Cartier-Bresson; il fondo di antichi negativi su vetro. L’apertura al contemporaneo ha favorito l’arrivo di molte donazioni da parte di Gianni Berengo Gardin, Cesare Colombo, Mario Cresci, Giampietro Agostini, Tancredi Mangano, Francesco Giusti, Francesco Radino, Ugo Zovetti. Sono inoltre arrivati in dono il fondo SIRTI, gli archivi di Aldo Ballo e Marirosa Toscani, di Federico Arborio Mella, di Enrico Cattaneo. L'Istituto ha poi in deposito dal 2008 l'Archivio di Paolo Monti (di proprietà di Fondazione BEIC – Biblioteca Europea d’Informazione e Cultura) e in comodato gratuito dal 2016 l'Archivio di Carla Cerati (di proprietà degli eredi).

Nel 2001 per volontà del Conservatore responsabile dell’Istituto è stata istituita  la Biblioteca specializzata in storia della fotografia. Comprende monografie, periodici, saggi, cataloghi di mostre, cataloghi d’asta, pregevoli libri fotografici d’autore. Si segnalano in particolare: la sezione dedicata ai cataloghi delle ditte di fotografia tra XIX e XX secolo (tra cui Alinari, Anderson, Brogi, Braun, Montabone); riviste come “Camera”, “Il Progresso Fotografico”, “Études Photographiques”, “AFT. Semestrale dell’Archivio Fotografico Toscano”, ”Fotologia”, “RSF. Rivista di studi di fotografia”, “Transbordeur Photographie”. La Biblioteca accoglie in deposito parte delle biblioteche di Paolo Monti e Carla Cerati.