La collezione di disegni della Fondazione è costituita principalmente da un fondo di 34 opere antiche attribuite alle scuole di Giovanni Bellini e di Tiziano, a Ludovico Carracci, a Jacopo Tintoretto e a Marco Ricci. Tale fondo fu venduto da Giulia Sudarovich al nipote Giovanni Querini nel 1842.
Al suo interno, degno di rilievo il disegno dell'Incoronazione di Carlo Magno di Gian Francesco Penni, già attribuito a Raffaello, del quale reca una nota autografa. Probabilmente è un abbozzo per l'affresco Incoronazione dell'Imperatore, commissionato da Leone X per le stanze papali private, dove Raffaello dipinse il ciclo tratto dal Liber Pontificalis. Realizzato a penna con inchiostro marrone, acquerellato a biacca, rappresenta l'incoronazione di Carlo Magno per mano di Leone III, nella notte di Natale dell'800. La scena, resa attuale all'epoca del maestro attraverso elementi architettonici e abiti rinascimentali, ritrae Leone III con i tratti di Leone X, mentre Carlo Magno è rappresentato con le fattezze di Francesco I.
La collezione di disegni si è recentemente arricchita grazie a donazioni private di disegni del secolo XX di artisti della generazione dei "capesarini" e ad un interessante nucleo di disegni di Carlo Scarpa che raccoglie progetti e schizzi per il restauro del piano terra di Palazzo Querini dei primi anni '60.