Formiranje ovog odeljenja teklo je postupno, uporedo sa osnivanjem Narodnog muzeja i dolaskom prvog kustosa istoričara umetnosti Radmile Vlatković. Ovo je najmlađe odeljenje pa je i zbirka najmanja. Ona je skromna i heterogena a klasifikovana je u više celina.
     Osnovni zadatak ovog odeljenja je evidentiranje, obrada i proučavanje umetnosti XIX i XX veka na našem području putem sistematskih rekognosciranja, stručne obrade materijala, sređivanja dokumentacije, zaštite, formiranja zbirki i publikovanja dobijenih rezultata. Bogatstvo muzejskih fondova prikazuje se putem povremenih tematskih i samostalnih izložbi.

     Umetničko odeljenje ima odsek likovnih umetnosti sa zbirkama: ikone, kopije fresaka, građansko slikarstvo, vajarska dela, crteži i grafike i odsek primenjene umetnosti sa zbirkama: staklo, porcelan, keramika, srebro, stilski komadi nameštaja, lusteri, lampe, satovi, gobleni. Ovom odseku priključena je i najznačajnija zbirka Pirotskog ćilima.
     Ikone. Značajna je zbirka ikona nastalih u XIX i prvoj polovini XX veka. Veći deo čine ikone zografskog perioda srpskog slikarstva tj. triptisi ili delovi triptiha. Po slikarskom postupku, ikonografskim rešenjima i izboru tema, zajednička odlika svih je da su rađene u duhu tradicije kasnovizantijskog slikarstva. Drugu grupu čine ikone domaćih ikonopisaca, različitog umetničkog kvaliteta.                                                                                                 Muzej Ponišavlja poseduje kopije fresaka iz Poganovskog manastira (15. vek) koje su kopirali Časlav Colić i Zdenka Živković. Jedinstvena predstava Hrista Mladenca iz XIV veka je Hristos, dečak bez kose sa jednim malim čuperkom na glavi. Inspiracija je svakako sa nekih sinajskih minijatura s obzirom da je i autor isposnik sa Sinaja. Hrist je u stavu kontraposta, desnom rukom blagosilja a levom pridržava svoju togu. Iznad njegove glave je oreol a figura je smeštena u okviru Davidove zvezde. Gornji deo kompozicije je sa braon okvirom. Pored kopija u Muzeju se čuvaju i originalne freske iz potopljene Zavojske crkve Vaznesenja Gospodnjeg iz XVI veka.
     Slikarstvo. Najstarije slike odseka likovnih umetnosti potiču iz prve polovine XX veka a pripadaju ruskim slikarima koji su boravili u našim krajevima kao nastavnici veština i crtanja u pirotskim školama. Ova grupa učitelja veština, koji su, krećući se putevima svojih sudbina, došli u Pirot i ostali u njemu u toku svoje nastavničke karijere, dala je značajan doprinos razvoju gradskog umetničkog života (Simeon Ševčenko, Apolon Prokofjev, Evgenije Prutkov i nepoznati ruski slikari). Slike u ulju, temperi i akvarelu, crteži, grafike, skulpture, umetničke fotografije i tapiserije; prikupljeni su uglavnom putem poklona nakon izložbi, otkupom ili u vidu legata. Ova dela rasvetljavaju period likovnog života Pirota od 1950. do danas. Pripadaju stilovima: realizmu, socrealizmu, apstrakciji, simbolizmu, nadrealizmu, impresionizmu i enformelu i novoj figuraciji. Zbirku čine uglavnom dela akademskih slikara ali i amatera iz Pirota. Značajna su dela autora: Čedomira Krstića, Branka Manojlovića, Biljane Vuković, Radomira Antića, Boška Vukašinovića, Vlastimira Madića, Vesne Marković, Dušana Miškovića, Vere Zarić, Jovana Grgurovića, Miroslava Živkovića... U okviru ove zbirke nalaze se i legati: Uroša Kostića sa skulpturama u drvetu i gipsu; Milorada Antića sa skulpturama u drvetu, kamenu i bronzi i Velimira Đorđevića sa predmetima iz oblasti unikatne keramike.
     Značajna je evidencija o popisu umetničkih dela na nivou grada koja se čuva u Registru Muzeja. Popis obuhvata evidenciju o celokupnom umetničkom nasleđu u preduzećima, školama i institucijama.
Fotografije. Pored zbirke umetničke fotografije, koja je formirana tematskim konkursima u organizaciji Muzeja, sve fotografije iz Zbirke podeljene su po periodima i tematski: Balkanski ratovi, NOB, Portreti znamenitih ličnosti, Društva, Zanati, Događaji i proslave, Zdravstvo, Kultura, Arhitektura grada sa pojedinim kvartovima, Aktivnosti Muzeja...
     Primenjena umetnost. Predmeti iz zbirke primenjenih umetnosti pripadaju periodu kraja XIX i početka XX veka. To su predmeti od stakla, porcelana, srebra, kovanog gvožđa, keramike, drveta (čaše, bočice, činije, šolje, ukrasni tanjiri, šatule, poslužavnici, svećnjaci...) ali i stilski nameštaj, lusteri, lampe, satovi. Posebnu vrednost predstavljaju Salon garnitura Luja XVI. Pripada periodu istoricizma – neoklasicizma iz 1890. godine. Kupljen je u Beču oko 1900. godine. Pripadao je porodici Hrisić a za potrebe Muzeja otkupljen je 1985. godine. Sastoji se od dvoseda, tri fotelje, dve stolice i stilskog ogledala. Napravljen je od tokarenog drveta sa biljnom ornamentikom u reljefu. Mebel je crveno platno – brokat sa vegetabilnim motivima.                                     Salon garnitura u stalnoj postavci Muzeja Ponišavlja iz porodice Hristić, pripada stilu istoricizma iz 1890. godine. Sastoji se od stilskog stočića, tri fotelje, jednog dvoseda, dve stolice i stilskog ogledala. Nameštaj je obrađen tokarenim drvetom sa rezbarenim delovima i drvenim rozetama. Mebel na garnituri je crveni brokat sa vegetabilnim motivima. Stoji podatak da je Salon naručen 1905. godine za porodicu Hristić iz Pirota. Lusteri i lampe su takođe deo stalne postavke a potiču iz Beča, Budimpešte i Istambula s kraja XIX i početka XX veka, izrađeni od kovanog gvožđa i gusa a u kombinaciji sa slikanim staklom i porcelanom.
     Zbirci primenjenih umetnosti pripada najveća zbirka Pirotskog ćilima. Primerci pirotskog ćilima nalaze se u okviru stalne postavke Muzeja i u depou. Zastupljene su gotovo sve poznate šare (Gugutke na direci, Đulovi, Venci, Kuveri, Kašmir, Duborez, Prestolonaslednik, Bombe, Manastir Mara, Srpska kruna...) a posebnu grupu čine ukrasni ćilimi (Lav, Papagaj, Venecijanka...).      Najstariji primerak je sa utkanom godinom iz 1886. godine (stariji primerci imaju utkano, pored godine i ime naručioca). Rađeni su na pirotskom razboju pri čemu su osnova i potka od vune sa, uglavnom, prirodnim bojama. Ćilimi novijeg datuma su sa industrijskim bojama. Osnovna je crvena (aleva) u polju, dok su unutrašnji i spoljašnji ćenar i bordura sa kombinacijama drugih boja.      Zastupljene su gotovo sve veličine: batali, dobatali, šestaci, staze, šustikle, zavese i zidnjaci. Ćilimi su kategorisani a Rašićeva šara veličine batala pripada nultoj kategoriji. Svi značajni primerci iz Zbirke sastavni su deo Elaborata za zaštitu geografske oznake porekla pirotskog ćilima.