La collezione fotografica è composta da oltre 8.000 materiali suddivisi tra fotografie, diapositive e negativi.
L'arco temporale coperto dalla collezione va dagli ultimi decenni dell'Ottocento fino ai giorni nostri e rappresenta diversi temi della vita cittadina: ambiente urbano e ambiente naturale, arte e cultura, eventi, politica, economia, società e folklore.
La maggior parte delle fotografie digitalizzate appartiene al Comune di Vimercate che, a partire dal 1987, costituì un Archivio Storico Fotografico, digitalizzato e messo in linea dal 2003 col progetto web Mirabiliavicomercati.org, ora confluito nel sito del museo.
Numerosi sono stati nel tempo anche i prestiti e le donazioni da parte di privati cittadini, di enti e aziende, consentendo di ampliare notevolmente la collezione e di salvare in alcuni casi i documenti storici dalla distruzione e dall'oblio.
La collezione fotografica è interamente accessibile on line e può essere ricercata in modalità testo libero oppure attraverso vocabolari controllati per titoli, autori, soggetti, persone e date.