该馆馆藏文物包括绘画、书法、铜器、陶器、玉器、玺印、砚、墨、漆器、天津民间艺术品以及有学术价值和保存价值的现代艺术品。一级藏品389件，其中宋代范宽《雪景寒林图》轴，元代钱选《花鸟》卷、边鲁《起居平安图》轴，明仇英《桃源仙境图》轴，清八大山人《河上花图》卷。唐摹王羲之《寒切帖》，铜器中的克、克鼎，玉器中的商代甲子表玉版，瓷器中的雍正粉彩八桃过枝盘、乾隆珐琅彩牡丹雏鸡玉壶春瓶等，都是比较珍贵的文物。天津艺术博物馆主要收-代书法、绘画、陶瓷、铜器、玺印、砖瓦、石刻、碑贴、砚台、漆器、珐琅和竹、木、牙、石雕等各种珍品，其中不少藏品在中国都名列前茅。例如书画类，《雪景寒林图》是大陆仅存的一件北宋范宽的作品，这幅画经历了英法联军和-两次浩劫，仍完整地保留着，成为天津艺术博物馆之宝。唐代临摹本王羲之草书《寒切贴》、来代李唐《濠梁秋水图》、苏汉臣的《婴戏图》、元人边鲁的《起居平安图》、赵盂颂的行书《洛神赋》、明朗仇英的《桃园仙境图》也都是馆藏珍品。

在天津艺术博物馆的藏品中，以砚为最精，不但有石砚，还有玉砚、瓦砚、瓷砚、铁砚、澄泥砚、玛瑙砚、水晶砚等等，其中清代的《赤壁砚》、《黑雨砚》、明代的《石鼓文砚》、《荷鱼朱砂澄泥砚》堪称大自然和人工神奇的创造。瓷器也是该馆的重要收藏，历史上各大名窑的瓷器在这里争奇斗艳，巧夺天工。在钧窑、汝窑、定窑等名窑佳瓷中，清乾隆珐琅彩牡丹雉鸡玉壶春瓶最引人注目，它标志着当时中国制瓷业的最高工艺水平。