Zbirka grafika i crteža modernih i suvremenih autora najbrojnija je zbirka Kabineta grafike koja sadrži oko 15 000 inventarnih jedinica. Zbirka sadržava crteže i grafike, grafičke mape i bibliofilska izdanja hrvatskih i europskih autora u kronološkom rasponu od kraja 19. i početka 20. stoljeća do danas.
Početkom 1950-ih godina, u vremenu formiranja Kabineta grafike kao samostalne muzejsko-galerijske jedinice za prikupljanje, čuvanje, proučavanje i izlaganje umjetnina na papiru, crteži i grafike iz Strossmayerove i Moderne galerije JAZU te listovi izdvojeni iz materijala tzv. Pohrane, Komze i Gliptoteke svrstavaju se u fundus Kabineta grafike. Zbirka se otkupima od pojedinaca, institucija i kolekcionara ciljano popunjavala umjetničkim listovima visoke kvalitete. U razdoblju nakon 1991. godine (kada je reorganiziran smještaj građe) do danas udvostručen je broj radova u Zbirci. Dopunjen je brojnim donacijama izabranih crteža/grafika suvremenih autora te radovima dobitnika nagrada na trijenalima grafike ili crteža u organizaciji Kabineta grafike.
Grafike rađene u različitim tehnikama te brojni crteži stručno se obrađuju i prezentiraju javnosti na povremenim tematskim, problemskim i studijskim izložbama predstavljajući različite autorske opuse, tematske dionice ili povijesnoumjetnička razdoblja s pratećim katalozima i monografijama, od kojih izdvajamo:
Crteži i grafike / Gecan, Trepše, Uzelac, Varlaj (1956.); Krsto Hegedušić – crteži 1926. – 1965. (1965.); Vanja Radauš / crteži (1975.); Mirko Rački – crteži i grafika (1979.); Branko Šenoa / grafike i crteži (1981.); Josip Račić – Miroslav Kraljević / crteži i grafike (1985.); Vladimir Becić – Oskar Herman / crteži i grafike (1986.); Zagreb očima grafičara (1994.); Edo Murtić / crteži 1989. – 1995. (1995.); Slavko Šohaj / crteži / izbor iz donacije (1996.); Serge Glumac / izbor iz donacije (1996.); Željko Hegedušić / retrospektiva grafike (1996.); Miroslav Šutej / retrospektiva grafike (1996.); Vjenceslav Richter / retrospektiva grafika (2002.); Ivan Lovrenčić / izbor iz donacije (2004.); Vanja Radauš / crteži / Između lirsko-poetskog i sarkastično-grotesknog (2006.); Marijan Trepše / grafike, crteži i originalne grafičke ploče iz fundusa Kabineta grafike HAZU (2007.); Tomislav Krizman / iz fundusa Kabineta grafike HAZU (2007.); Skice i crteži münchenskih đaka iz fundusa Kabineta grafike HAZU (2009.); Zlatko Keser / Obzor melankolije (2011.); Maja Franković / Reminiscencije (2012.); Ivan Picelj / Retrospektiva grafike (2014.); Karina Sladović / izbor iz donacije (2014.); Antun Babić / izbor iz donacije (2015.); Ivica Šiško / Pola stoljeća kontinuiteta (2016.); Zagrebačka serigrafija (2018.); Juraj Dobrović / izbor iz donacije (2019.); Danteova Božanstvena komedija u crtežima Mirka Račkog / Iz fundusa Kabineta grafike HAZU (2021.)
U ediciji Crteži i grafike, pokrenutoj 2001. godine, objavljene su monografije: Slavko Šohaj / crteži (2001.); Vanja Radauš / crteži ( 2005.); Zlatko Prica / grafike ( 2009.); Miroslav Šutej / crteži iz obiteljskog dvorišta (2009.); Ivan Picelj / grafičke mape (2013.); Miroslav Šutej / mobilne serigrafije (2015.).
U Zbirci su zastupljeni istaknuti hrvatski umjetnici: Bela Csikos Sessia, Vlaho Bukovac, Menci Cl. Crnčić, Mirko Rački, Robert Frangeš-Mihanović, Rudolf Valdec, Ivo Kerdić, Ljubo Babić, Miroslav Kraljević, Josip Račić, Milan Steiner, Oskar Herman, Marijan Trepše, Vilko Gecan, Vladimir Becić, Ignjat Job, Ivan Meštrović, Tomislav Krizman, Branko Šenoa, Anka Krizmanić, Sergije Glumac, Dušan Kokotović, Vladimir Filakovac, Marijan Detoni, Krsto Hegedušić, Vanja Radauš, Fedor Vaić, Vilim Svečnjak, Frano Šimunović, Ksenija Kantoci, Oton Postružnik, Željko Hegedušić, Slavko Šohaj, Ivan Lovrenčić, Ivan Lacković-Croata, Edo Murtić, Ivan Picelj, Zlatko Prica, Ferdinand Kulmer, Vjenceslav Richter, Ordan Petlevski, Biserka Baretić, Antun Babić, Ivan Kožarić, Miroslav Šutej, Nives Kavurić-Kurtović, Zlatko Keser, Nevenka Arbanas, Mirjana Vodopija, Ivana Franke te brojni drugi.
U korpusu Zbirke čuvaju se antologijski crteži i grafike hrvatske povijesti umjetnosti: crtež Dante pred čistilištem (1898.) Bele Csikosa Sessije; crtež Zadnji potomak (1898.) Mencija Cl. Crnčića; Račićev crtež Stojeći ženski akt s leđa (1905.); Hermanov crtež Poprsje djevojke (1906.); Meštrovićev crtež Četiri naga starca (1906.); Krizmanovi bakropisi: Autoportret i Portret Marya Delvard (1908.); Kraljevićevi crteži: Autoportret (1909.), Akt u crnom i Pitanje (1912.); litografije: Portret A. G. Matoša (1913.) i Kreisleriana (1917.) Ljube Babića; Steinerov Autoportret u ugljenu (1918.); Bolesnička soba i Otpušten iz serije Klinika (1920.) Vilka Gecana; bakropis Golgota (1920.) Marijana Trepšea; Kulmerov crtež Portret djevojčice (1940-ih); Stančićev crtež Zagorski cug (1943.); Piceljeva grafička mapa Oeuvre programmee No1 (1966.); Šutejeve mobilne serigrafije Zelena kugla (1971.) i Apolon iz Zagreba (1982.), crtež Biserke Baretić Mramorna maska (1985.) te brojni drugi.
Radovi stranih autora poput Felixa Vallottona, Raoula Dufyja, Jeana Arpa, Josepha Albersa, Augusta Herbina, Richarda Mortensena, Michela Seuphora, Viktora Vasarelyja, koji su otkupima tijekom godina osnivanja institucije i kasnijim donacijama (Giuseppea Zigainea, Rafaela Canogara, Branka Suhog) ušli u Zbirku – čine također vrijedan uvid u grafičku produkciju europskih zemalja.
Preventivna zaštita Zbirke (prema suvremenim međunarodnim muzejskim standardima) započeta je 2012. godine u suradnji s Odjelom za papir, tekstil i kožu Hrvatskog restauratorskog zavoda i Laboratorijem za restauraciju rukopisa i arhivalija Arhiva HAZU. Fundus se čuva u čuvaonicama Vranyczanyjeve palače u relativno stabilnim mikroklimatskim uvjetima. Umjetnička građa smještena je u metalne arhivske ladičare, a dostupna je stručnjacima i javnosti na izložbama te u studijskoj čitaonici uz odobrenje i prethodnu najavu.
