El museo está considerado como una de las pinacotecas más importantes de España. La colección más destacada es la de los primitivos pintores góticos valencianos con obras de Pere Nicolau, Jacomart, Joan Reixarch o Miguel Alacanyís. En el periodo del Renacimiento cabe destacar obras de Paolo de San Leocadio, Hernando Yánez de la Almedina, Vicente Macip o Joan de Joanes. Existen obras de las escuelas de Pinturicchio, El Bosco, o Pellegrino Tibaldi. En el periodo Barroco cabe destacar obras de los pintores: Francisco Ribalta, José Ribera, Diego Velázquez o Bartolomé Esteban Murillo. La Escuela Barroca Valenciana está representada por obras de Ribera, Juan Ribalta o Espinosa. En cuanto a la pintura academicista destacan las obras de Francisco de Goya, José Vergara o Vicente López. Las obras de los siglos XIX y XX más destacables son las que corresponden a Joaquín Sorolla, José Benlliure Gil, Antonio Muñoz Degrain, Ignacio Pinazo o Cecilio Plá. Además, el museo alberga una colección de escultura, en la que destacan las creaciones de Mariano Benlliure.