Hoewel reeds in de 19de eeuw tekeningen werden verworven, zou het tekeningenkabinet pas in het begin van de 20ste eeuw tot grote bloei komen dank zij een opvallend gebeuren : de schenking, in 1913, van de verzameling de Grez. Dit is een collectie van 4250 bladen uit de 16de tot de 19de eeuw afkomstig uit verschillende kunstscholen. In de loop der jaren werd deze kern aangevuld met aankopen, schenkingen en legaten waarbij het zwaartepunt op de Zuid-Nederlandse school ligt. Gezien de Nederlandse oorsprong van de verzameling de Grez, is het begrijpelijk dat meer dan de helft van dit fonds bestaat uit tekeningen behorend tot de Hollandse school, welbekend met namen als Hendrick Goltzius en Jacob de Gheyn de Jonge en gedomineerd door de figuur van Rembrandt (Staande man met wijde mantel en grote hoed), de onmiskenbare grootmeester van de tekenkunst.

De waardevolle collectie Zuid-Nederlandse tekeningen bevat werken van kunstenaars zoals Pieter Bruegel de Oude (De Voorzichtigheid), Frans Floris, Maerten de Vos, Jacob Jordaens (Pomona of De allegorie van de vruchtbaarheid) en David Teniers. Het wereldberoemde Errera-album, dat meer dan 140 landschapstekeningen uit de vroege 16de eeuw telt, wordt er eveneens bewaard. De Franse en Italiaanse school zijn vertegenwoordigd met Antoine Watteau (Drie studies van een dame met hoed), Laurent de la Hyre, Federico Zuccaro, Giovanni Domenico Tiepolo en een honderdtal schetsen die Remigio Cantagallina tekende tijdens zijn reis door de Nederlanden in 1612-1613.

In het tekeningenkabinet worden ook meer dan 6000 werken op papier uit de 19de en 20ste eeuw bewaard. Men vindt er werk van Belgische kunstenaars en enkele grote namen uit buitenlandse, voornamelijk Franse scholen.

Uit de 19de eeuw zijn er bijvoorbeeld voortreffelijke romantische werken van Louis Gallait, honderden realistische schetsen, blocnotevellen, prachtige pastellen en aquarellen van Constantin Meunier, grootse symbolistische werken van Xavier Mellery, Fernand Khnopff (Een verlaten stad) en Jean Delville of nog opmerkelijke composities van James Ensor. Bij de buitenlandse scholen onderscheiden zich Jean-Auguste-Dominique Ingres, Jean-Fran�ois Millet, Odilon Redon (Christus) en Vincent Van Gogh (Zeegezicht te Saintes-Maries-de-la-Mer). In de overgang van symbolisme naar expressionisme neemt Léon Spilliaert, na James Ensor, een belangrijke plaats in.

In de loop van de 20ste eeuw zullen de kunstenaars steeds meer waardering opbrengen voor werken op papier. Dit is onder meer het geval bij de beeldhouwer George Minne, de schilders Constant Permeke en Frits Van den Berghe of de veelzijdige Rik Wouters. Uit de eerste generatie abstracten blijven Joseph Peeters, Paul Joostens of Félix de Boeck bij. Tegelijkertijd is het Belgische surrealisme flink vertegenwoordigd in de collectie, met tekeningen en gouaches van René Magritte, collages van E.L.T. Mesens, een belangrijk ensemble van Armand Simon en droombeelden van Paul Delvaux.

De tweede abstracte generatie, waarmee de tweede helft van die eeuw begint, is vertegenwoordigd met onder meer Gaston Bertrand, Jules Lismonde en Jo Delahaut. De Cobrabeweging komt ruim aan bod met Christian Dotremont en vooral de uitgebreide verzameling die geschonken werd door Pierre Alechinsky (Opengevouwen krant). Henri Michaux op zijn beurt zoekt naar de verhouding tussen literatuur en teken. Onder de buitenlandse namen bevinden zich Paul Klee, Marc Chagall, Pablo Picasso, Mark Tobey, Cy Twombly, David Tremlett en Giuseppe Penone.