Die Werke der Graphischen Sammlung können aus konservatorischen Gründen nicht dauerhaft präsentiert werden: Der Feind des Papiers ist das Licht! Zu sehen sind sie dennoch, nämlich in wechselnden Ausstellungen. Der Bestand ist so vielfältig, wie es auch die Sammlung des Gustav-Lübcke-Museums insgesamt ist. Zeichnungen und Arbeiten, die in nahezu allen bekannten druckgraphischen Techniken gefertigt sind, finden sich in den Depots. Ebenso zählen zahlreiche historische Fotografien insbesondere italienischer Kulturdenkmäler zum Bestand. Umfangreiche Konvolute niederländischer Kupferstiche und Radierungen des 16. Jahrhunderts dokumentieren ein wichtiges Kapitel in der Geschichte der Druckgraphik. Eine bedeutende Exlibris-Sammlung, ein beachtlicher Bestand kolorierter Guckkastenbilder und ein umfangreicher Komplex westfälischer Stadtansichten vom 16. bis 19. Jahrhundert bilden geschlossene Sammelbereiche. Auch zahlreiche bemerkenswerte Zeichnungen von Künstlern der Düsseldorfer Malerschule und ihren Zeitgenossen finden sich in der Sammlung. So etwa Werke von Gottfried und Wilhelm Schadow oder Eduard Bendemann. Durch eine glückliche Fügung gelangte auch eine Sammlung architektonischer Entwürfe des berühmten Berliner Architekten Karl Friedrich Schinkel ins Hammer Museum.

Die Werke expressionistischer Künstler wurden aktiv in den 1920er Jahren gesammelt. Durch die Aktion „Entartete Kunst“ erfuhr die Sammlung 1937 einen herben Schlag: Mehr als zwanzig Werke namhafter Künstler, unter ihnen Blätter von Wilhelm Morgner, Christian Rohlfs, Lovis Corinth, Wilhelm Lehmbruck und Walter Ophey gingen für immer verloren.

In der Nachkriegszeit gelang der Ankauf von Werken Max Beckmanns. Einer großzügigen Schenkung verdankt das Museum den Zugang eines Aquarells von Emil Nolde. Auch andere Einzelblätter, wie etwa eine Zeichnung von August Macke, bereichern den Bestand.