In der Sammlung des Kunstmuseum Gelsenkirchen befinden sich Werke vom 19. Jahrhundert bis hin zu ganz aktuellen Tendenzen. Arbeiten von Max Liebermann, Lovis Corinth, Max Slevogt und Auguste Rodin geben dabei einen Einblick in den Aufbruch zur Moderne. Mit den Künstlern des deutschen Expressionismus wie Ernst Ludwig Kirchner, Max Pechstein, Alexej von Jawlensky, Karl Schmidt-Rottluff oder Karl Hofer befinden sich in der Sammlung des Kunstmuseums Arbeiten, die die Suche nach neuen Möglichkeiten des künstlerischen Ausdrucks verdeutlichen. Die expressionistischen Künstler wollten ihren Emotionen und Werten Ausdruck verleihen und suchten daher neue Bildstrategien, die zu neuen, abstrakten und bis dahin ungewohnten Bildlösungen führten.
Nach dem 2. Weltkrieg fing für viele Künstler eine neue Zeitrechnung an. Man wollte sich von allem bereits Dagewesenen abgrenzen und neue Wege der Darstellung ausloten. Diese Positionen des Suchens nach dem Bruch des 2. Weltkriegs sind in der Sammlung des Museums unter anderem vertreten durch Hans Hartung, Karel Appel, Emil Schumacher oder Pierre Soulages.
Ebenfalls mit dem Anspruch an eine neue, unbelastete Kunst stützten die Mitglieder der ZERO-Gruppe ihre Werke auf moderne Technik und naturwissenschaftliche Erkenntnisse. Die Sammlung Kinetischer Kunst ist in Deutschland einzigartig und bietet einen großen Überblick über die Kunstrichtung, deren Ausdrucksform die Bewegung als ein integraler ästhetischer Bestandteil des Kunstobjektes ist. Herkömmliche Auffassungen von starren Kunstformen muss der Betrachter beiseitelegen, wenn er sich auf einen Streifzug durch die Ausstellungsräume begibt. Einen weiteren Schwerpunkt der Sammlung bildet die konstruktiv-konkrete Kunst um das Werk des in Gelsenkirchen geborenen Grafikers Anton Stankowski. Künstler wie beispielsweise Francois Morellet, Ad Reinhardt oder Heinrich Siepmann isolieren die künstlerische Mittel, um ihre Wirkung und ihre Beziehungen zueinander zu hinterfragen.
Durch ständige Ankäufe, Schenkungen und Stiftungen wächst die Sammlung kontinuierlich und kann so auch aktuelle Positionen der Gegenwartskunst zeigen. Zudem verfügt das Kunstmuseum Gelsenkirchen über eine umfangreiche grafische Sammlung unter anderem mit Arbeiten von Käthe Kollwitz, Ernst Barlach, Marc Chagall und Max Beckmann.
