欧米における北斎の個人収集としては最高・最大のピーター・モースコレクションを収蔵している。ホノルル美術館副主任研究員等を歴任したモースによる研究者の目で収集された希少価値の高い作品が多く含まれていることが特徴である。モースの急逝後、遺族がそのコレクションの散逸を惜しみ北斎美術館の計画を理解したうえで、600点近い北斎の作品や研究資料を一括して墨田区に販売譲渡したという。
　楢﨑宗重コレクションは研究活動の中で収集・所蔵していたもので、浮世絵版画や関連資料、古美術から浮世絵まで幅広い。北斎美術館開設の趣旨に賛同していた同氏から1995（平成7）年に一括して寄贈された。
　そのほか、関東大震災で焼失した「須佐之男命厄神退治図」の推定復元図が展示されている。この絵は126cmx276cmと北斎最大級の作品といわれている。
　「北斎を学ぶ部屋」では、オリジナル作品を保護するため実物大高精細レプリカを展示しているが、企画展では版画や浮世絵の実物が展示されることが多く、見ごたえがある。