Екатерина II при всей своей «охоте» за картинами, по-настоящему испытывала одну страсть — коллекционирование резных камней, их она могла часами перебирать и рассматривать. Похоже, этой страсти был подвержен и светлейший князь, недаром его любовь к драгоценностям, редким камням породила множество анекдотов. Это пристрастие Потемкина передалось и его потомкам: племянница князя Татьяна Васильевна Юсупова, урожденная Энгельгардт, была основательницей знаменитой юсуповской коллекции драгоценностей. В собрании минералов и редкостей Потемкина был «слоновый зуб чрезвычайной величины», топазы, Лабрадор весом 4 пуда 20 фунтов и др. Еще одна коллекция металлов и минералов, принадлежавшая князю, вместе с библиотекой была передана в казанскую гимназию в 1798 г.
Шедевры европейского искусства из богатейшей художественной коллекции Потемкина после его смерти были куплены Екатериной II у наследников и пополнили собрание Эрмитажа. Основная картинная галерея Потемкина была сконцентрирована в Таврическом дворце, и значительную ее часть составляли картины, приобретенные Потемкиным у наследников герцогини Кинстон, в том числе большое полотно Миньяра «Александр и семейство Дария». При посредстве князя в Эрмитаж была куплена картина Корнелиса де Фоса «Семейный портрет». Свои художественные пристрастия Потемкин реализовывал на практике; при князе в Новороссии и Крыму состоял большой штат русских и иностранных живописцев, архитекторов, граверов, литейщиков и чеканщиков. Потомкам можно назвать имена «статуэра» Григория Шельнова, портретиста Алексея Новикова, гравера Егора Михайлова, чеканщика Екимова. Сведения о них сохранили пожелтевшие от времени фолианты домовой канцелярии Потемкина. Несомненно, что хранящиеся в библиотеке князя «Краткое руководство к обучению рисования живописцев» и французское издание «Искусство объяснять и печатать живописные полотна» Леблона (Париж, 1756) использовались как самим Потемкиным, интересовавшимся искусством, так и окружавшими его художниками. Один из его крепостных художников — М. Шибанов, автор картины «Крестьянский обед», стал зачинателем живописного бытового жанра.
Художественную коллекцию Потемкин пополнял различными способами. Портрет графа Калиостро, с которым князь встречался в Петербурге, прислал ему французский художник Мунье.
Светлейший забрал в свою коллекцию весной 1787 г. образцы панно с мотивами Рафаэля, присланные И.Ф. Рейфенштейном Екатерине II для Эрмитажа.
Английскому живописцу Джошуа Рейнолдсу через лорда Кэрисфорта в 1780-х гг. были заказаны две картины для Екатерины II и Потемкина. В 1788 г. на Лондонской академической выставке появилась картина Рейнолдса «Геркулес, удушающий змея», предназначенная для императрицы, а в следующем году — «Воздержанность Сципиона» для светлейшего князя, а также повторение «Венеры и Амура». В 1789 г. в Россию на корабле «Дружба» прибыла картина, выполненная по заказу русской императрицы. Сюжет монументального полотна «Младенец Геракл, удушающий змей, подосланный Герой» (таково было полное название картины), был выбран неслучайно. Как объяснял сам художник в письме Потемкину: «Я избрал темою сверхъестественную силу Геракла еще во младенчестве, ибо сюжет этот допускает аналогию… с недетской, но столь известной мощью русской империи». Приняв с искренним удовольствием эту аллегорию, Екатерина заплатила за полотно 1500 гиней, послала художнику табакерку со своим портретом, украшенную бриллиантами, и благодарственную записку.
Во всех полотнах Рейнолдса зрителей поражала удивительная композиционная изобретательность, насыщенный теплый колорит, светотеневые контрасты, свидетельствующие об уроках у венецианцев, Рембрандта, других мастеров прошлого. Свои мысли об искусстве английский живописец изложил в знаменитых «Речах», которые он ежегодно произносил перед слушателями Королевской академии художеств в Лондоне (в 1768 г. он стал ее первым президентом). Главный королевский художник своими размышлениями значительно повлиял на формирование художественного вкуса современного ему английского общества, провозглашая в искусстве первенство воображения и чувства. Кроме картин он преподнес Потемкину как истинному ценителю прекрасного два тома своих речей, произнесенных в Королевской академии. «Поскольку Вы, — обращался к князю Рейнолдс, — не так хорошо знаете английский, как итальянский и французский, я посылаю два перевода на эти языки».
Богатая коллекция живописи Потемкина в основном пополнила Эрмитаж, но часть его собрания из Таврического дворца Павел I после вступления на престол забрал в Михайловский замок. В 1797 г. по его поручению комиссия в составе профессоров Академии художеств провела полную инвентаризацию всех картин, находившихся в Эрмитаже, Таврическом и Мраморном дворцах. Новая опись по сравнению с каталогом, составленным в середине века И.-Э. Минихом, содержала на 1338 картин больше, причем значительную часть этого излишка составляли картины бывшего собрания Потемкина и другого фаворита Екатерины II, Григория Орлова.