La quadreria della Biblioteca Casanatense è rappresentata da 31 esemplari.
Tra questi, tre grandi ritratti ad olio del fondatore (sec. XVII), dislocati tra l’ingresso e la sala di lettura e provenienti direttamente dalla collezione del cardinale; il ritratto del pontefice domenicano Benedetto XIII (regnante dal 1724 al 1730); quello realizzato nel XVII secolo del compositore Giovanni Pierluigi da Palaestrina.
I ritratti ad olio dei padri domenicani, che si sono alternati come bibliotecari, teologi e prefetti della Casanatense, databili tra il XVIII ed il XIX secolo, realizzati da vari autori: Carlo Pignoli, Anna Vittoria Dolara, Angelo Zoffoli, Govanni Prasach, David Loreti e Giovanni Biggi. Tra questi spicca il ritratto di Giovanni Battista Audiffredi, che fu secondo bibliotecario della Casanatense a partire dal 1749, per poi diventarne prefetto dieci anni più tardi fino alla sua morte (1794). Egli viene ritratto a mezzo busto, seduto ad un tavolo circondato da oggetti di vario genere: una medaglia, un cannocchiale, una squadra, un compasso ed un libro, che stanno ad indicare la molteplicità dei suoi interessi di grande studioso, raffinato bibliotecario e stimato astronomo.
La collezione pittorica comprende anche numerosi dipinti di soggetto sacro come quello, probabilmente proveniente dalla collezione del Casanate, raffigurante la Madonna seduta a gambe incrociate, che abbraccia con la sinistra San Giovannino, mentre con la destra solleva un leggerissimo velo per mostrare Gesù Bambino dormiente; sullo sfondo è un paesaggio con rovine classiche dai toni azzurri, verdi e grigi su cui spicca il rosa salmone della veste della Vergine.
Oltre a questo si segnala il grande dipinto attribuito a Mathäus Stomer, appartenente alla quadreria del cardinale, raffigurante la cruda scena del Martirio di San Lorenzo, con la luce tutta concentrata sul corpo del santo (al centro della scena) e sulle figure dell’angelo e di uno degli aguzzini. Poi, i due quadretti dipinti su rame e donati dall’Audiffredi con scene della Passione: Cristo che porta la croce e Sant’Ignazio inginocchiato sulla sinistra; e Cristo alla colonna con Santa Teresa di Gesù o Santa Maria Maddalena de’ Pazzi inginocchiata sulla sinistra.
Merita una menzione la tela ad olio raffigurante la cattura di Cristo nel Getsemani, copia del Cavalier d’Arpino e databile al XVII secolo, nel quale l’oscurità della notte è rischiarata solo dalla luna piena in alto a destra e dal mantello di San Pietro, in primo piano, il quale colpisce un soldato nel tentativo di salvare Cristo.
Infine, il soggetto naturalistico è documentato dalle piccole tempere raffiguranti quattro nature morte su fondo nero dove sono poggiati vistosi e coloratissimi esemplari di conchiglie.