Das Bilderkabinett vermittelt durch seine grüne Tapete, die im Bandelwerkdekor bemalten Lambris und Türen, die Möbel und die mehr als fünfzig Gemälde in dichter barocker Hängung eine Ahnung seiner einstigen Pracht.
Neben Werken bedeutender niederländischer Maler des 17. Jh.s und zwei Porträts von Lucas Cranach d.Ä. waren auch Bilder des Dresdener Hofmalers Johann Alexander Thiele vertreten, der von 1727–1739 in Arnstadt wohnte und als Betreuer der Gemäldesammlung des Fürstenpaares wirkte.
Seine großen Landschaftsprospekte in der Beletage des Neuen Palais, u.a. die Ansicht der „Drei Gleichen“ und von „Schloß und Stadt Sondershausen“, zeugen vom virtuosen Können dieses Malers.