Créée dans la première moitié du 19e siècle, la collection d'estampes s'accroît entre 1850 et 1950 grâce à de grandes donations et à de nombreux achats. Elle réunit plus de 22'000 feuillets allant du 16e siècle à nos jours. Partagée initialement entre gravure d'interprétation et gravure originale, elle réserve une large place aux graveur∙euse∙s neuchâtelois∙es (François Forster, la dynastie des Girardet...) ainsi qu'aux petits maîtres suisses et aux représentant∙e∙s des Écoles italienne, anglaise, allemande et surtout française.
Depuis 1950, les acquisitions privilégient les artistes contemporain∙e∙s, en majorité suisses, témoignant de la vitalité de l'estampe dans l'art du 20e siècle. Par le legs de son fonds d'atelier, Aimé Montandon est représenté par la presque totalité de son œuvre gravée, complété par des milliers de projets et d'études.
De 2000 à 2012, la donation Jeunet a enrichi la collection de plusieurs centaines d'oeuvres d'artistes neuchâtelois∙es (Evrard, Lermite, Mosset...), suisses (Gottfried Honegger) et internationaux∙ales (Franck Badur, Aurélie Nemours, François Morellet…).