De hoofdcollectie van het museum bestaat uit werken die zijn bekroond of gekocht tijdens de eerste decennia van de Biënnale. Hieronder bevinden zich beroemde meesterwerken, zoals de Giuditta II (Salomé) van Klimt (1909) en de Rabbijn van Vitebsk van Chagall (1914-1922).
Een van de sterke punten van het museum is de uitgebreide beeldhouwkunstcollectie, waaronder wassen beelden van Medardo Rosso, die in 1914 aan het museum werden geschonken door de kunstenaar. Verdere aankopen en nalatenschappen hebben het museum verrijkt met opmerkelijke werken, van Kandinsky tot Klee, van Matisse tot Moore en Wildt, naast een rijke selectie werken van Italiaanse kunstenaars en een belangrijke grafische kabinet.
Na de grote restauratie in 2002 (ontwerp van Boris Podrecca) is sinds 2009 ook de tweede indrukwekkende verdieping van het paleis aan de tentoonstellingsroute toegevoegd. Op de derde verdieping is bovendien het Museum voor Oosterse Kunst gevestigd, dat onderdeel uitmaakt van de bezoekroute met een gecombineerd ticket.
