Colecţia Optice este relativ redusă (429 obiecte), fiind creată în jurul anului 1957. Sursele de constituire ale colecţiei au fost achiziţiile, dar mai ales donaţiile unor personalităţi militare sau ale unor unităţi militare, care în timp şi-au modernizat aparatajul. Colecţia cuprinde obiecte diverse cum ar fi: aparate de ochire pentru piese de artilerie, lunete pentru tun, vizoare de bombardament, goniometre, staţii topografice, telemetre, periscoape militare, aparate de vedere pe timp de noapte, teodolite, aparate foto aeriene, aparate de filmat, binocluri, mai multe tipuri de busole. Multe dintre aceste piese au fost produse de firme prestigioase din Germania, Franţa, Marea Britanie sau S. U. A. O parte din reperele muzeografice ale aceastei colecţii o reprezintă obiectele care s-au folosit în timpul  primului război mondial, dar cea mai mare parte a lor a fost utilizată în al doilea război mondial. În patrimoniul colecţiei sunt cuprinse de asemenea obiecte ale unor personalităţi marcante ale vieţii militare româneşti: binoclul generalului Constantin Sănătescu, binoclul (Zeiss) al generalului Nicolae Dăscălescu, busola Bezard a generalului Nicolae Teclu sau binoclul de tip francez, produs la 1889 şi utilizat de generalul David Praporgescu.