Коллекция фотодокументов насчитывает более 14 тыс. предметов основного фонда, в числе которых – фотографии, негативы, фотоальбомы, стереофотографии, диапозитивы, аудио- и видеокассеты. Формирование коллекции произошло, преимущественно, в послевоенное время. Однако сохранились редкие снимки, которые были переданы из собраний первых витебских музеев и частных коллекций – церковно-археологического древнехранилища, музея Витебской ученой архивной комиссии, частного музея В.П. Федоровича, из собрания А.П. Сапунова. В числе вышеперечисленных – фотография, сделанная в момент проведения археологических раскопок на Замковой горе в Витебске (1895-1896 гг.), снимок, на котором запечатлен 2-ой Двинский (Борисов) камень, фотографии сизображением витрин с экспонатами в частном музее витебского адвоката, коллекционера В.П. Федоровича.
Тематика фотографий, пополнивших музейное собрание в послевоенное время, отличается разнообразием. На фотографиях запечатлены люди, события, объекты, мероприятия, отражающие политические события в истории страны, развитие промышленности и сельского хозяйства на территории Витебщины, характеризуют развитие культуры и искусства, образования, спорта, религии и др. Один из самых больших тематических блоков посвящен Великой Отечественной войне. На снимках – события периода 1941-45 гг., а также участники военных действий, партизанского и подпольного движения на территории Витебщины. Особый интерес представляют фотографии с изображением Витебска периода немецко-фашистской оккупации.
В коллекции хранится богатый и разнообразный материал по теме «Архитектура и градостроение Витебска». Уникальными являются снимки с видами Витебска 1880-х гг., выполненные известным витебским фотографом С. Юрковским.