Die umfangreiche Fotografische Sammlung der Stadtgeschichtlichen Dokumentation umfasst etwa 6,5 Millionen Einzelobjekte von der Pionierzeit der Fotografie bis zur Gegenwart. Der über mehrere Kataloge sowie die Archivdatenbank recherchierbare Bestand bietet eine Vielzahl von Abbildungen bekannter und weniger bekannter Motive aus dem Bonner Stadtbild sowie zahlreiche Porträts wichtiger Persönlichkeiten aus den Anfangsjahren der Fotografie im 19. Jahrhundert bis in die heutige Zeit.

Einen weiteren Schwerpunkt der Fotografischen Sammlung bilden die Archive bzw. Nachlässe bedeutender Bonner Fotografinnen und Fotografen mit mehr als 4 Millionen Negativen. Sie sind durch Ankauf und Schenkung gesichert worden. Dazu zählen die Fotoarchive von Käthe Augenstein (1899-1981), Paulus Belling (1905-1980), Heinz Engels (1929-2017), Camillo Fischer (1920-2009), Ludwig Hogrefe (1892-1957), Georg Munker (1918-2002), Gerhard Sachsse (1920-1998), Rolf Steiniger (1936-2006), Hubert Stuckmann (1913-1999), Peter Strack (1929-2017) und Ingrid von Wersebe (1920-2006).

Die Sammlungen der Filme (Bewegtbilder) und Tonträger gehören zu den ständig wachsenden Bereichen der Abteilung. Einige DVDs und CDs können ausgeliehen werden.