Początki bydgoskiej kolekcji sięgają 1922 roku, Leon Wyczółkowski ofiarował wówczas Muzeum Wielkopolskiemu w Poznaniu bogaty zbiór sztuki wschodniej, zawierający: dywany, makaty, kilimy, wazony, misy, szkła, zabytkowe meble oraz dzieła malarskie i graficzne. Za ten dar Poznański Wydział Krajowy przekazał artyście dworek w Gościeradzu pod Bydgoszczą.
Po śmierci artysty, 8 kwietnia 1937 r. żona Franciszka zgodnie z ostatnią wolą męża, przekazała miastu 425 prac, szkicowniki oraz pamiątki osobiste i wyposażenie pracowni. Akt darowizny zobowiązywał miasto do sprawowania opieki nad zbiorem, popularyzacji twórczości i upamiętniania rocznic związanych z artystą oraz opieki nad jego grobem.
W 1939 r. liczba wszystkich zbiorów artystycznych obejmowała 458 pozycji, z czego podczas II wojny światowej zaginęło 155 prac.
W 1946 r., muzeum wznowiło działalność wystawienniczą ekspozycją dzieł artysty, wówczas też otrzymało imię Leona Wyczółkowskiego.

W 1948 r. przyjaciel Wyczółkowskiego, inż. Kazimierz Szulisławski z rodziną, ofiarował muzeum w darze 110 pozycji.
Obecnie zbiór prac malarskich, rysunkowych i graficznych Leona Wyczółkowskiego w bydgoskim muzeum liczy 691 pozycji, w tym 20 szkicowników, zawierających 597 szkiców.

Kolekcja zawiera prace z różnych okresów twórczych artysty, od dzieł z wczesnej młodości po ostatnie lata życia. Muzeum posiada wczesne obrazy olejne Leona Wyczółkowskiego z końca XIX w. powstałe pod wpływem twórczości Wojciecha Gersona i Jana Matejki oraz innych artystów.

Okres ukraiński poświecony ludowi, jego pracy i przyrodzie reprezentowany jest pracami olejnymi i pastelami. W twórczości okresu krakowskiego przeważa zabytkowa architektura, pejzaże Tatr, ale również portrety i kwiaty. Posiadamy kilkanaście autoportretów, wykonanych w różnych technikach oraz liczną grupę portretów przyjaciół i znajomych artysty.

Największą grupę dzieł stanowią prace powstałe w okresie gościeradzkim, między innymi drzewa: świerki, cisy, dęby, malowane tuszem, akwarelą, pastelami oraz widoki z Pomorza.

W ramach kolekcji przechowywane są również prace graficzne, wykonane w różnych technikach: akwaforcie, akwatincie, miękkim werniksie, kamieniorycie, algrafii i litografii, która była ulubioną techniką Leona Wyczółkowskiego. Obok czarno-białych litografii posiadamy także kolorowe. Prace graficzne tworzył w zamkniętych cyklach-tekach, względnie pojedynczych planszach.

Zbiory biograficzne

W zbiorze tym znajdują się materiały ikonograficzne dotyczące Leona Wyczółkowskiego, podzielone na grupy, w zależności od zawartości.

I grupa

Dokumenty osobiste artysty
Pisma dotyczące Wyczółkowskiego
Notatki rękopisowe Wyczółkowskiego
Wspomnienia i wiersze o artyście

II. Korespondencja

Listy Wyczółkowskiego pisane do żony
Listy Wyczółkowskiego pisane do różnych osób
Listy pisane do Wyczółkowskiego (w tym telegramy gratulacyjne)

III. Akta dotyczące zbioru Leona Wyczółkowskiego w Muzeum Okręgowym w Bydgoszczy

IV. Materiały dotyczące zgonu artysty

Nekrologi, klepsydry

V. Zdjęcia z archiwum Leona Wyczółkowskiego

Zdjęcia dotyczące Leona Wyczółkowskiego
Zdjęcia znajomych Wyczółkowskiego
Zdjęcia z pogrzebu i uroczystości pogrzebowych Leona Wyczółkowskiego
Zdjęcia z pobytu w Legionowie
Zdjęcia różne, w tym tematów twórczych

(Zbiór zdjęć wynosi około 400)

VI. Pamiątki osobiste, w tym meble

VII. Warsztat twórczy, narzędzia pracy

VIII. Wydawnictwa, plakaty, prasa