La plupart des grands artistes d'avant-garde ayant vécu en France dans la première moitié de ce siècle sont représentés. La collection d'art moderne comporte notamment des chefs-d'oeuvre cubistes de Georges Braque, Henri Laurens, Pablo Picasso ainsi que des ensembles de référence d'oeuvres de Fernand Léger, Joan Miró, Amedeo Modigliani.

Le Fauvisme (André Derain, Kees Van Dongen et Georges Rouault), le Surréalisme (André Masson et Joan Miró), L'Ecole de Montparnasse, l'Ecole de Paris, l'Art Naif et les artistes du Nord sont également représentés. La collection permanente du musée s'enrichit régulièrement d'acquisitions et de dépôts d'oeuvres d'art du XXème siècle.

Depuis son ouverture, le Musée constitue une collection d'art contemporain rassemblant des oeuvres d'artistes français et étrangers (Lewis Baltz, Jean-Sylvain Bieth, Daniel Buren, Richard Deacon, Daniel Dezeuze, Gérard Gasiorowski, Eugène Leroy, Dennis Oppenheim, pierre Mercier, Pierre Soulages...).

En 1999, le musée a reçu en donation la collection d'art brut de l'association l'Aracine, riche de plus de 3000 oeuvres. Afin de présenter cette importante collection, un projet d'extension du musée est actuellement à l'étude et devrait voir le jour vers 2006.

Dirigé par Joëlle Pijaudier-Cabot, conservateur en chef du patrimoine, le musée propose tout au long de l'année des expositions temporaires (art moderne, art contemporain et art brut) ainsi que de nombreuses activités éducatives et culturelles.

Le Musée d'art moderne reçoit chaque année environ 100 000 visiteurs français et étrangers.