राष्ट्रीय आधुनिक कला संग्रहालय के संग्रह में प्रमुख रूप से भारतीय व कुछ हद तक अन्तर्राष्ट्रीय कलाकारों की कलाकृतियां शामिल हैं। भारतीय आधुनिक कला के ऐतिहासिक विकास को महत्व देते हुए यहां का संग्रह पंजाब, पटना, लखनऊ, मैसूर और तंजौर जैसी विभिन्न शैलियों तथा उन्नीसवीं शताब्दी की कुछ विशिष्ट शैलियों, लघुचित्रों, राजा रविवर्मा की कलाकृतियों व शैक्षिक यथार्थवाद, बंगाल शैली तथा अन्तर्राष्ट्रीय आधुनिक कला पर केन्द्रित है। 

संग्रह में जैकब एपस्टीन, ज्यॉर्जियो द किरिको, सोनिया डिलौने, ए तपिए, रॉबर्ट राउजवर्ग, से.डुक ली, डि.सी. दाजा, पीटर लुबार्दा, कोज़ो मियो, जॉर्ज कीट, तथा फ़्रड थीलर जैसे अन्तर्राष्ट्रीय कलाकारों के मूर्तिशिल्प तथा ग्राफ़िक्स भी शामिल हैं।

यहां का संग्रह थॉमस डैनियल, अवनीन्द्रनाथ टैगोर, रविंद्र नाथ टैगोर, गगनेंद्र नाथ टैगोर, नंदलाल बोस, यामिनी रॉय, अमृता शेरगिल के साथ साथ देश के अन्य प्रमुख समकालीन कलाकारों के कार्यों का भली-भांति निरुपण करता है। मूर्ति-शिल्पों का प्रदर्शन संग्रहालय से सटे हुए लॉन में किया गया है। इसे शिल्प उद्यान के रूप में जाना जाता है। कलाकृतियों का अधिग्रहण क्रय, उपहारस्वरूप तथा स्थायी ऋण के द्वारा समृद्ध किया गया है।

शैक्षिक एवं सांस्कृतिक कार्यक्रम
शाखाएं
लक्ष्य एवं उद्देश्य
संग्रह