Hội họa là một thiên phú và một đam mê nghệ thuật của chính khách cố đại sứ Nguyễn Khoa Toàn. Ông đoạt Giải Mỹ thuật Trang trí Paris năm 1933.

Về hội họa ông có một số tranh sơn dầu, thủy họa (aquarelle) và thủy mạc (dùng mực tàu) với nhiều đề tài. Những tác phẩm L'Exode 1954, Niềm vui của Mẹ, Đêm Trung Thu, Mai Hương và nhiều tác phẩm từ chân dung của các đệ nhất phu nhân và thứ nữ hoàng tộc cũng như chân dung chất phát, mộc mạc của thường dân của ông như Chị bán Hột vịt và Niềm Vui của Mẹ đều được giới yêu hội họa, sưu tầm và ngoại giao ngưỡng mộ và yêu chuộng. Theo thông tin của gia đình ông, có một bạn đồng nghiệp, Đại sứ Pháp đến nhà ông tại Phú Nhuận khoảng 1962 thăm viếng và hỏi mua bức tranh sơn dầu nổi tiếng của ông, tựa đề "L'Exode - 1954" khi ông đã về hưu. Cố đại sứ Nguyễn Khoa Toàn trả lời:"Những tác phẩm hội họa của tôi được sáng tác không phải đế kinh doanh mà vì đam mê nghệ thuật của tôi. Tôi có thể tặng nó cho những người bạn tri kỷ hay những người tôi mến thương hay ngưỡng mộ, nhưng tôi không bao giờ bán."

Tranh của ông được triển lãm tại Đông Kinh, Nhật Bản năm 1944 và Vọng Các, Thái Lan năm 1953, 1955.