El museo posee la más importante colección de artistas vascos y es también, en ese aspecto, la institución de máxima referencia por sus fondos documentales, su tradición investigadora y su cercanía a los propios artistas. No en vano el pintor bilbaíno Manuel Losada fue uno de sus más entusiastas promotores y su primer director, y el también pintor bilbaíno Aurelio Arteta fue el primer director del Museo de Arte Moderno de Bilbao. En el transcurso de una historia ya centenaria, ambas instituciones se fundieron en el actual museo, al que los más importantes artistas vascos activos desde su fundación, de Zuloaga a Chillida, han tenido un especial apego. Ellos han ayudado de manera importante a su consolidación y crecimiento de diferentes maneras, desde la participación en su gestión hasta la donación de obras de arte.

Este importante conjunto patrimonial tiene en su origen obras que proceden del primer Museo de Bellas Artes, fundado en 1908 y que abrió sus puertas en 1914, y del de Arte Moderno, inaugurado en 1924. Ambas instituciones y sus respectivas colecciones se unieron en 1945, año en que se levantó el edificio antiguo. En 1970 se añadió el edificio moderno, y una importante reforma terminada en 2001 acabó por dar al Museo su fisonomía actual. A lo largo de su historia centenaria, el Museo ha desarrollado un modelo ejemplar en el que la ciudadanía, los artistas locales y las instituciones públicas han determinado su configuración y crecimiento a través de importantes compras y donaciones de obras de arte, que han configurado los núcleos principales de la colección y su crecimiento posterior.

Un recorrido esencial por las salas del Museo incluye obras singulares de Bermejo, Benson, Mandijn, Vredeman de Vries, De Vos, Moro, Sánchez Coello, El Greco, Pourbus, Gentileschi, Ribera, Zurbarán, Van Dyck, Murillo, Arellano, Meléndez, Bellotto, Goya, Paret, Villaamil, Ribot, Zamacois, Madrazo, Gauguin, Cassatt, Sorolla, Guiard, Ensor, Regoyos, Romero de Torres, Zuloaga, Sunyer, Arteta, Gutiérrez Solana, Vázquez Díaz, Lipchitz, Delaunay, González, Gargallo, Bacon, Palazuelo, Oteiza, Chillida, Caro, Millares, Tàpies, Saura, Lüpertz, Kitaj, Blake, Arroyo y Barceló, entre otros.