W ramach tego zbioru dokumentowana jest twórczość artystów wpisujących się w awangardowe tendencje artystyczne dwudziestolecia międzywojennego – zarówno członków ugrupowań i stowarzyszeń: „Rytm” (Wacław Borowski, Eugeniusz Zak, Tymon Niesiołowski, Wacław Wąsowicz, Zofia Stryjeńska i Ludomir Sleńdziński), „Bractwa św. Łukasza” (Bolesław Cybis), „Formiści Polscy” (Leon Chwistek, Stanisław Ignacy Witkiewicz), „Komitet Paryski” (Jan Cybis), „Jednoróg” (Marian Szczyrbuła) oraz „Zwornik” (Zbigniew Pronaszko), jak i twórców „niezależnych” (Tadeusz Makowski, Mela Muter).

Najobszerniejszą kolekcję stanowi zbiór współczesnego malarstwa polskiego, będący jednym z najbardziej znaczących i reprezentatywnych zespołów sztuki w Polsce. Galeria daje możliwość prześledzenia różnorodnych kierunków i tendencji w malarstwie polskim po 1945 roku. Malarstwo powojenne jest w dużej mierze sukcesorem sztuki lat 20. i 30. Obok koloryzmu Jana Cybisa, Józefa Czapskiego, Tadeusza Dominika, Artura Nachta-Samborskiego czy Piotra Potworowskiego rozwijała się awangarda, nawiązująca do wzorców wypracowanych m.in. przez Henryka Stażewskiego. Echa jego postawy odnajdujemy w abstrakcyjnych pracach Ryszarda Winiarskiego, Jacka Bigoszewskiego, Jana Berdyszaka, Zbigniewa Gostomskiego i Kajetana Sosnowskiego, nawiązujących do konstruktywizmu i wizualizmu. Równolegle egzystujący nurt abstrakcji ekspresyjnej ujawnia się w obrazach Tadeusza Brzozowskiego i Jerzego Tchórzewskiego oraz przesyconych pierwiastkiem symbolizmu dziełach Jana Dobkowskiego i Jana Tarasina. Sztuka figuratywna to m.in. surrealistyczno-metaforyczne obrazy Zdzisława Beksińskiego, Kiejstuta Bereźnickiego, Anny Güntner, Jerzego Krawczyka, Jana Lebensteina i Zbigniewa Makowskiego. Emocjonalna percepcja świata i aktualnych wydarzeń społecznych znajduje odbicie w twórczości Edwarda Dwurnika, Bronisława Wojciecha Linkego i Mariana Bogusza. Znakomitymi komentatorami rzeczywistości okazują się członkowie „Gruppy” (Ryszard Grzyb, Paweł Kowalewski, Jarosław Modzelewski, Włodzimierz Pawlak, Marek Sobczyk, Ryszard Woźniak), łączący poczucie powagi z groteską, a sceny realne z sytuacjami wyimaginowanymi. Świat realny jest również punktem wyjścia dla Tomasza Tatarczyka i Leona Tarasewicza, którzy przez upraszczanie form zwracają się ku czystym rozwiązaniom malarskim. Odmienne widzenie prezentują Andrzej Dłużniewski, Edward Krasiński i Jerzy Rosołowicz, w działalności których odnajdujemy refleksję konceptualną. Prace artystów tworzących obecnie są przede wszystkim wyrazem wewnętrznych przeżyć autorów splatających się z emocjonalną percepcją świata i aktualnych wydarzeń społecznych. Muzeum dokumentuje zarówno działalność artystów partycypujących w doniosłych dla życia artystycznego wystawach (Wystawa Sztuki Nowoczesnej, Kraków 1948; Arsenał, Warszawa 1955), przedsięwzięciach i ugrupowaniach („Grupa Krakowska” – m.in. Maria Jarema, Tadeusz Kantor, Adam Marczyński, Jadwiga Maziarska, Erna Rosenstein, Jonasz Stern, Danuta Urbanowicz, Witold Urbanowicz; „Grupa Wprost” – Maciej Bieniasz, Zbylut Grzywacz, Leszek Sobocki, Jacek Waltoś; „Gruppa”), jak i tych, którzy wypracowali indywidualną formułę twórczą (Stanisław Fijałkowski, Władysław Hasior, Janusz Kaczmarski, Jerzy Nowosielski, Jacek Sempoliński, Jacek Sienicki, Grzegorz Stachańczyk, Józef Szajna). Istotnym elementem jest kilka zestawów autorskich, m.in. prac Stefana Gierowskiego, pozwalających przeanalizować artystyczną drogę poszczególnych twórców.

W ramach kolekcji polskiego malarstwa współczesnego gromadzone są prace artystów regionu kujawsko-pomorskiego powstałe zarówno w latach 20. i 30. XX wieku (m.in. Bronisław Bartel, Piotr Chmura, Franciszek Gajewski, Jerzy Rupniewski), jak i po roku 1945 (m.in. Stefan Kościelecki, Zygmunt Kolarczyk, Bogdan Kraśniewski, Tadeusz Małachowski, Tymon Niesiołowski, Mieczysław Wiśniewski, Mieczysław Ziomek), z naciskiem na zespół dzieł dokumentujących bydgoskie życie artystyczne (m.in. Krzysztof Cander, Bogdan Chmielewski, Kazimierz Drejas, Piotr Kiepuszewski, Andrzej Nowacki, Dorota Podlaska, Jerzy Puciata, Leon Romanow, Aleksandra Simińska, Stanisław Stasiulewicz, Jan Szkaradek, Marian Turwid, Lech Wolski).

Zgromadzono także kilkanaście prac rdzennych mieszkańców Australii (współczesne malarstwo aborygeńskie na płótnie i korze).

Zbiór uzupełniają prace rzeźbiarskie artystów polskich i zagranicznych, m.in.: Edwarda Haupta, Stanisława Horno-Popławskiego, Jerzego Jarnuszkiewicza, Adama Myjaka, Wandy Czełkowskiej oraz Aleksandra Dętkosia, Michała Kubiaka i Piotra Trieblera, tworzący w Bydgoszczy.

Ok. 50 pozycji to obiekty i instalacje prezentujące nowe media, którymi posługują się artyści kreujący najnowsze tendencje w sztuce polskiej; autorami są m.in.: Krzysztof M. Bednarski, Marcin Berdyszak, Wojciech Bruszewski, Izabella Gustowska, Jerzy Kalina, Grzegorz Klaman, Grzegorz Kowalski, Jarosław Kozłowski, Zbigniew Libera, Zbigniew Warpechowski, Krzysztof Zarębski i Andrzej Wasilewski.