1923 als Graphikkabinett eröffnet (1997 Umbenennung in Grafische Sammlung), bilden die Bestände des 1860 gegründeten Kunstvereins Kunsthütte und der Städtischen Kunstsammlung den Grundstock der Sammlung. Durch Ankäufe und Schenkungen wuchs sie bis heute auf ca. 23.000 Grafiken, darunter 7.000 Zeichnungen und Aquarelle. Herausragende Arbeiten auf Papier spiegeln im späten 18. und im 19. Jahrhundert die deutsche Kunstentwicklung besonders im sächsischen Raum wider. Landschaften, Porträts und Genreszenen unter anderem von Adrian Zingg, Caspar David Friedrich, Carl Gustav Carus, Ernst Ferdinand Oehme, Christian Friedrich Gille und Robert Kummer vermitteln die immense Vielfalt der zeichnerischen Mittel und Techniken. Mit mehr als 1.300 Lithografien ist das Œuvre von Honoré Daumier ein weiterer Schwerpunkt der Sammlung.
Mit zahlreichen Werken ist Max Klinger präsent: Druckgrafische Einzelblätter, nahezu alle Grafikzyklen sowie die Vorzeichnungen und Kartonfragmente zu Klingers Wandbild Arbeit = Schönheit = Wohlstand im Chemnitzer Rathaus sind wichtige Konvolute.
Darüber hinaus besitzen die Arbeiten auf Papier im Bereich der klassischen Moderne von Ernst Barlach, Max Beckmann, Otto Dix, Käthe Kollwitz und Edvard Munch einen zentralen Stellenwert. Die Künstler der Brücke verdeutlichen den tiefgreifenden Einschnitt traditioneller künstlerischer Ausdrucksformen mit umfangreichen Werkgruppen. Besondere Glanzlichter des Bestandes sind die Arbeiten von Lyonel Feininger, Edvard Munch und Karl Schmidt-Rottluff. Mit umfangreichen Konvoluten ist die 1907 gegründete und regional bedeutsame Künstlergruppe Chemnitz vertreten. Ein großer Komplex von Holzschnitten und Zeichnungen Wilhelm Rudolphs leitet über zur Kunst nach 1945.
Die Sammlung bis zur Gegenwart beinhaltet Schwerpunkte regionaler und internationaler Kunst. Albert Hennig, Heinz Tetzner und Werner Wittig, die Vertreter:innen der Chemnitzer Künstler:innenvereinigung Clara Mosch mit Carlfriedrich Claus, Thomas Ranft, Dagmar Ranft-Schinke, Michael Morgner und Gregor-Torsten Schade (seit 1980 Kozik), Werke von Karl-Heinz Adler, Georg Baselitz, K. O. Götz, Dieter Goltzsche, Horst Hussel, Ilya Kabakov, Markus Lüpertz, Matthias Mansen, Carsten Nicolai und Osmar Osten vermitteln die künstlerische Vielfalt der Ausdrucksformen. Von Wolfgang Mattheuer ist das gesamte druckgrafische Werk vorhanden.
Grafikvorlagen finden nach vorheriger Anmeldung jeden letzten Donnerstag im Monat zwischen 14 Uhr und 18 Uhr statt. Die Anmeldung ist möglich bei Kerstin Drechsel unter +49 (0)371 488 4418 bzw. kerstin.drechsel@stadt-chemnitz.de oder bei Anette Kindler unter +49 (0)371 488 4419 bzw. anette.kindler@stadt-chemnitz.de.