Die Sammlung Fotografie der Kunstbibliothek zeigt ihre Ausstellungen seit Juni 2004 im Museum für Fotografie gegenüber dem Bahnhof Zoologischer Garten. Hier hat auch die Helmut Newton Stiftung ihren Sitz. Im restaurierten Kaisersaal kann die Sammlung Fotografie alle Formen der Fotografie vom 19. bis zum 21. Jahrhundert, von der Frühzeit der Fotografie bis zu künstlerischen Werken der Gegenwart ausstellen. Die Fotografien werden im Museum für Fotografie bewahrt und sind nach Anmeldung zugänglich.

Bereits 1868 wurden für die Bibliothek des Kunstgewerbemuseums, heute Kunstbibliothek, Fotografien als "lehrhafte Vorbilder der Baukunst und des Kunsthandwerks" erworben. Heute umfasst die Sammlung Fotografie rund 160.000 Aufnahmen in der Sammlung künstlerischer Fotografien und dem Bildarchiv. Hinzu kommt ein reicher Bestand an Messbildern, historischen Postkarten und Fotografennachlässen.

Das Bildarchiv mit seinen derzeit etwa 50.000 Aufnahmen diente als sammlungsgeschichtlich ältester Teil zunächst der Unterrichtsanstalt des Kunstgewerbemuseums als Anschauungsmaterial. Das Themenspektrum reicht von Architektur- und Stadtansichten, Dokumentar- und Sachaufnahmen bis hin zu Reisebildern aus Deutschland, Frankreich, Italien, Griechenland, dem Nahen und Fernen Osten. Urheber dieser Bilder waren meist kommerzielle Ateliers und Fotografen, etwa Edouard Baldus, Domenico Bresolin, Robert MacPherson, Samuel Bourne, Eugène Atget, F. Albert Schwartz, Werner Mantz und Arthur Köster. Die Künstlerstudien zeigen Landschaften, Pflanzen- und Tierdarstellungen, Akte und Porträts.

Auch die Sammlung künstlerischer Fotografien wurde einst zur Dokumentation, um beispielhafte "Verfahren des Bilddrucks" vorzuführen, angelegt. Die ersten Konvolute stammten 1914 und 1916 von Ernst Juhl und Fritz Matthies-Masuren, die die sogenannte Kunstfotografie in Deutschland bekannt machten. Die rund 300 Aufnahmen wurden zwischen 1880 und 1915 von Fotografen wie Edward Steichen, Alfred Stieglitz, Heinrich Kühn und Hugo Henneberg konzipiert. Um der Fotografie Anerkennung als Kunst zu verschaffen, experimentierten sie mit aufwendigen Abzugstechniken und imitierten malerische und grafische Texturen. Ihre Motive, wie Landschaft, Porträt und Genre, zeigen den Einfluss von Impressionismus, Jugendstil und Symbolismus.

In den 1920er-Jahren entwickelte sich unter den Schlagworten "Neues Sehen" und "Neue Sachlichkeit" ein neues visuelles Bewusstsein. Für die Sammlung künstlerischer Fotografie wurden zwischen 1929 und 1932 rund 100 Inkunabeln des "Neuen Sehens"“ erworben – allen voran von der legendären Werkbundschau "Film und Foto", die 1929 aus Stuttgart übernommen wurde. Zu den wichtigsten Bildautoren zählen Max Burchartz, Hans Finsler, Florence Henri, Helmar Lerski, László Moholy-Nagy, Oskar Nerlinger, Albert Renger-Patzsch und Sasha Stone.

Erst in den 1990er-Jahren begann wieder eine stetige Sammlungstätigkeit. Zudem gelangten Nachlässe und größere Konvolute in die Sammlung, so von dem Kunstfotografen Otto Ehrhardt, von Martin Badekow, der in den 1920er-Jahren eines der bekanntesten Berliner Porträt-Ateliers unterhielt, das große Pressebildarchiv Willy Römer, Fotografien von Bernhard Larsson, der in den 1960er-Jahren als Reporter in Ost- und West-Berlin arbeitete, und von Ludwig Windstosser, dem führenden Industriefotografen der Nachkriegszeit.

Um die 28.000 Aufnahmen bedeutender Bauten und Stadtansichten enthalten die etwa 300 Messbildalben. Ursprünglich zur Staatlichen Bildstelle Berlin gehörend, gelangten sie nach dem Zweiten Weltkrieg in die Sammlung. Die rund 42.000 Postkarten von Landschaftsaufnahmen über Reisebilder und Stadtansichten bis zu Porträts umspannen die Zeit vom Ende des 19. bis zum ausgehenden 20. Jahrhundert.