En la colección permanente del museo destaca un núcleo de obras de grandes artistas españoles del siglo XX, especialmente Pablo Picasso, Salvador Dalí y Joan Miró, representados ampliamente y con algunas de sus mejores obras. Son muy relevantes también las colecciones de arte surrealista (con obras de Francis Picabia, René Magritte, Óscar Domínguez o Yves Tanguy, además de los ya citados Miró y Dalí), del cubismo (que a la colección Picasso añade nombres como Juan Gris, Georges Braque, Robert Delaunay, Fernand Léger o Albert Gleizes), y la presencia de artistas expresionistas, como Francis Bacon o Antonio Saura.
Junto a estos autores hay muchos otros de diversas tendencias tan destacados como Lucio Fontana, Yves Klein, Diego Rivera, Alexander Calder, Roberto Matta, Mark Rothko, Antonio López García, Antoni Tàpies, Miquel Barceló o Sam Francis.
El número de visitantes ha ido aumentando progresivamente hasta convertirse en el museo más visitado de España y uno de los más visitados del mundo.