Традиційно 1938 рік називають роком становлення науково-реставраційної справи в Україні, адже саме тоді було організовано Державні науково-дослідні реставраційні музейні майстерні. Відділ реставрації живопису є в Центрі одним з найстаріших.
Переважна більшість робіт, що надійшли 1938 року на реставрацію до Реставраційних майстерень, – твори станкового живопису. На той час у ДНДРМ працювали видатні художники-реставратори та наукові співробітники, чиї імена назавжди увійшли в історію реставраційної справи. Це П.І. Кодьєв, Л.П. Калениченко, П.І. Войтко, Ф.І. Демидчук-Демчук, Н.П. Демидчук-Демчук, З.В. Наголкіна, Д.Н. Невкритий, Г.Р. Вдовиченко, М.М. Чорногубов, Л.Т. Кравчук. Окрім власне реставраційних робіт, працівники проводили наукові дослідження; хімік-технолог В.Ю. Лоханько займалася вивченням технології живопису, художніх матеріалів та речовин, що застосовуються в реставрації.
Завдяки самовідданій праці колективу Реставраційних майстерень до Другої світової війни було реставровано понад 600 мистецьких творів. Серед них – роботи надвисокої складності: картина В.Д. Полєнова «Генісаретське озеро» була порізана на шматки, тому реставраторам довелося збирати частини полотна та з’єднувати їх; значних пошкоджень зазнала й картина А.М. Васнєцова «Вечір» (після тривалої реставрації пам’ятки повернулися до Київського державного музею російського мистецтва).
Неабияку відвагу та професійну підготовку продемонстрували художники-реставратори в перші дні гітлерівської навали в Україну. Необхідно було евакуювати музейні цінності вглиб країни та проводити реставрацію на місці. Особливу проблему становили великомасштабні олійні полотна. Така робота вимагала глибоких та різноманітних знань, професійних навичок, обережності та організованості.
Необхідність реставрації мистецьких творів після закінчення війни поставила перед художниками-реставраторами нові завдання, серед яких найголовнішим була розробка наукових принципів реставрації. Для вирішення цього необхідно було створити лабораторії з фізико-оптичного обстеження мистецьких творів, запровадити методи фотофіксації, розпочати рентгенівське дослідження пам’яток.
У повоєнні роки важливим завданням реставраторів було протистояти непрофесіоналам, які пропонували свої послуги, не маючи фахової освіти. Така реставрація була на не користь, а навпаки, шкодила культурним пам’яткам. Тому в період 1958–1967 років співробітники Реставраційної майстерні постійно консультують з питань реставрації, консервації та зберігання творів олійного живопису зберігачів музейних зібрань та приватних колекціонерів. Цей період також позначений тісною співпрацею художників-реставраторів республік СРСР. Українські фахівці обмінювалися досвідом та навичками з російськими, литовськими, латвійськими колегами, а також із болгарськими реставраторами.
1958 року було розпочато роботу з перекладу другого тому праці чеського автора Богуслава Сланського «Техніка живопису» (2009 року книгу видано в перекладі українською під редакцією І.П. Дорофієнко). Матеріали цієї праці сприяли науковому розвитку реставраційної справи. При надходженні до реставраційних майстерень твір мистецтва вивчався комплексно. Реставраційним заходам передувало всебічне наукове дослідження твору, а також було введено спостереження за окремими процесами: контроль за потоншенням лаку в ультрафіолетовій люмінесценції, фотографування робіт у різних спектрах тощо. У 1950–1960-і роки в ДНДРМ працювали такі визначні художники-реставратори живопису, як І.Ф. Демидчук-Демчук, І.П. Дорофієнко та ін.
Новим кроком у розвитку реставрації творів станкового живопису став поділ відділу реставрації живопису в 1970-х роках на два окремих підрозділи – відділ реставрації олійного живопису та сектор реставрації темперного живопису – адже різний хімічний склад фарб вимагає й різних матеріалів та методик реставрації.
У 1971–1974 рр. художником-реставратором, а в 1974–1990 рр. завідувачем відділу реставрації олійного живопису працює видатний майстер своєї справи А.А. Ачкасова. Разом з нею в різні часи працювали Т.А. Бичко, О.В. Логінова, В.І. Цитович, І.Д. Головатюк, Н.В. Овчаренко та ін.
З 1996 до 2016 року відділ очолював художник-реставратор творів олійного живопису вищої кваліфікаційної категорії А.П. Безкровний. З 2016 року по теперішній час завідувачем відділу є Папушенко Володимир Миколайович. Художники-реставратори відділу повернули до життя багато шедеврів мистецтва, серед них – три великоформатні фрагменти полотна Ф. Рубо з Національного музею героїчної оборони та звільнення Севастополя, які вдалося врятувати під час Другої світової війни (реставратори Т.А. Бичко, А.П. Безкровний, І.Б. Сапєгіна).
Наразі до складу науково-дослідного відділу реставрації творів олійного живопису входять художники-реставратори Папушенко Володимир Миколайович, Сапєгіна Ірина Борисівна, Білошицький Михайло Олександрович, Бондар Ольга Павлівна, Грабовець Вероніка Юріївна, Кравченко Олена Геннадіївна, Морозова-Сабадаш Олена Леонідівна, Цитович Дарія Володимирівна, Черниченко Анастасія Андріївна.
До лав відділу влилися молоді фахівці: Катерина Володимирівна Костюк-Шостка, Катерина Олександрівна Коваль.
У відділі реставрують шедеври з музеїв України, зокрема триптих Ієроніма Босха «Спокуса Святого Антонія» (копія ХVІ ст., Нідерланди), «Воскресіння» (пределла) (Італія (Іспанія?), поч. XV ст.), Вівтарний поліптих П’єтроді Нікола да Орв’єто (Італія, XV ст.) з Національного музею мистецтва імені Богдана та Варвари Ханенків, «Повернення» (права частина триптиха «Життя») Кричевського Ф.Г. (1925–1927 рр.) з Національного художнього музею України.
Серед творів, які зараз реставрують у відділі, – полотно, що приписують пензлю Мікеланджело Мерізі да Караваджо «Взяття Христа під варту» («Поцілунок Іуди») з Одеського музею західного і східного мистецтва. Кількома роками раніше завершено реставрацію картини І.Ю. Рєпіна «Портрет Є.В. Сапожнікової» з Художньо-меморіального музею І.Ю. Рєпіна (м. Чугуїв). Обидві картини постраждали від рук крадіїв, які вирізали їх з рам і деформували полотна; вкрадені шедеври вдалося повернути, але для їх порятунку необхідне втручання висококваліфікованих реставраторів.
Триптих Ієроніма Босха «Спокуса святого Антонія» (копія). Нідерланди, ХVІ ст.
Микола Медвецький «Кумове». 1972 р.