Format per prop 1.000 quadres, incloses les 220 obres de la Col·lecció Carmen Thyssen-Bornemisza que s'hi van incorporar el 2004, el Museu ofereix un recorregur per la història de la pintura europea des dels seus inicis al segle XIII, fins a les acaballes del segle XX. A través d'un recorregut cronològic-estilístic, el visitant pot seguir els moviments i les corrents més importants de la pintura occidental, partint dels primitius italians fins al Surrealisme tardà i el desenvolupament de la sensibilitat Pop dels anys 60, juntament amb la pervivència de la tradició figurativa en el nostre temps.
Les Col·leccions del Museu complementen als dos altres grans museus del Passeig d'Art: al Museu del Prado en pintura antiga i al Museu Reina Sofia en pintura del segle XX, amb alguns moviments i estils no recollits en aquests: primitius italians i holandesos, Reneixament alemany, pintura holandesa del segle XVII, Impressionisme, Expressionisme alemany, Constructivisme rus, l'Abstracció geomètrica i el Pop Art.