Fotografie wird im Wien Museum sowohl nach dokumentarischen als auch nach künstlerischen Kriterien gesammelt, wobei die Grenzen zwischen diesen beiden Kategorien fließend sind. Ca. 170.000 Fotografien dokumentieren Persönlichkeiten, Ereignisse und das sich kontinuierlich verändernde Stadtbild Wiens. Darüber hinaus verwahrt das Wien Museum umfassende fotografische Sonderbestände und wichtige künstlerische Positionen zur Wiener Fotografie des 20. und 21. Jahrhunderts.
Einen wichtigen Sonderbestand bilden Werke von Wiener Exilfotograf:innen, die vor den Nationalsozialisten flüchten mussten: Trude Fleischmann, Trude Geiringer, Edith Tudor-Hart, John H. Popper, Lilly Joss Reich, Hella Katz u.v.a. stehen stellvertretend für eine Fotoszene, die moderne Strömungen wie das „Neue Sehen“ oder die sozialkritische Dokumentarfotografie im Wien der Zwischenkriegszeit etablierte. Das Wien Museum verwahrt auch den umfangreichen Foto-Nachlass des Exilfotografen Robert Haas, der ca. 4.000 Vintage Prints von Arbeiten aus Wien und New York aus der Zeit der 1930er bis 1950er Jahre umfasst.
Seit den 1960er Jahren nimmt die Bedeutung fotografischer Arbeiten in der Kunst kontinuierlich zu. Die Fotoaktionen der Wiener Aktionisten gelten als bedeutendes historisches Beispiel für die Verwendung der Fotografie im intermedialen Bereich. Das Wien Museum verfügt hier u.a. über Arbeiten von Rudolf Schwarzkogler, Günter Brus, Hermann Nitsch, Otto Mühl und Heinz Cibulka.
In den 1970er Jahren führten zahlreiche künstlerische Fotorecherchen in bislang wenig beachtete Bereiche der urbanen Landschaft. Elfriede Mejchar, die über mehrere Jahre systematisch die Wiener Peripherie erkundete, ist im Wien Museum ebenso mit zahlreichen Fotografien vertreten wie Leo Kandl, der „sein“ Wien in den alten Weinhäusern und Bahnhofsbeisln fand. Auch die umfangreichen Wien-Projekte von Harry Weber und Reinhard Mandl sind in der Sammlung zu finden.
Die zeitgenössische Fotografie im Wien Museum präsentiert sich vielfältig und wandelbar – von konzeptuell bis narrativ, vom Einzelporträt bis zur Bildgeschichte, vom Mappenwerk bis zum Künstlerbuch. Nahezu alle bedeutenden zeitgenössischen Fotograf:innen sind in der Sammlung vertreten, der Bogen reicht von Irene Andessner bis Gregor Zivic.
Unter den zahlreichen Videoarbeiten in der Sammlung finden sich wichtige Werke von Romana Scheffknecht, aber etwa auch das umfangreiche filmische Werk von Hubert Sielecki und Mara Mattuschka. Viele weitere zeitgenössische Künstler:innen sind mit bekannten Videoarbeiten in der Sammlung vertreten, u.a. Carola Dertnig, Leopold Kessler und Hans Schabus.
