La collection de films de la Cinémathèque royale est l'une des plus importantes au monde. Elle compte à ce jour près de 145.000 éléments film correspondant à 70.000 titres : films de fiction, documentaires, longs métrages, courts métrages, illustrant le cinéma des origines à nos jours. La collection s'accroît chaque année de quelque 2.000 copies en moyenne.

La bibliothèque possède une riche collection d’ouvrages, de périodiques spécialisés, de coupures de presse, de photos et d’affiches sur le cinéma.