Die Sammlung Moderne Kunst in der Pinakothek der Moderne knüpft genau dort an, wo die Sammlungspräsentation der Neuen Pinakothek endet, nämlich bei der Kunst nach etwa dem Jahr 1900. Sie zählt mit ihren insgesamt über 20.000 Werke umfassenden Beständen zu den international führenden Institutionen für Malerei, Plastik, Fotografie und Neue Medien. Ihr Sammlungsspektrum reicht von den wichtigsten Avantgardebewegungen des frühen 20. Jahrhunderts bis in die unmittelbare Gegenwart. In dialogischen Vergleichen und individuellen Künstlerräumen werden formale und inhaltliche Fragestellungen der Moderne aufgezeigt. Sie spiegeln die veränderten Bedingungen einer durch Technologieoptimismus, Fortschrittskult und zugleich Krisenbewusstsein geprägten Zeit. Besonderes Augenmerk wird darauf gelegt, dass die historischen Bedingtheiten des 20. und 21. Jahrhunderts in der Sammlungspräsentation sichtbar und beispielsweise die Einwirkungen von Krieg und Diktatur auf die Kunst vermittelt werden.

Der kubistischen und futuristischen Neudefinition einer autonomen Kunst steht in der reichen Sammlung des Expressionismus die Frage nach den veränderten Bedingungen des Menschen in der Moderne gegenüber. Die Künstler der Brücke und des Blauen Reiter sowie Max Beckmann, der mit einer einzigartigen Werkdichte vertreten ist, vermitteln dies auf eindrucksvolle Weise, wie auch die moderne Fotografie, die durch August Sander, Albert Renger-Patzsch und Florence Henri repräsentiert wird. Die Bildfantasie und der formale Erfindungsreichtum von Pablo Picasso kommen in umfänglichen Werkgruppen ebenso zum Tragen wie die surrealistische Verrätselung der Welt bei Max Ernst, René Magritte und Salvador Dalí.

Wichtige Themen seit 1960, etwa die formale und inhaltliche Erweiterung des Kunstbegriffs, die Nobilitierung des Alltäglichen und die damit einhergehende Diskussion über die Gleichrangigkeit von Trivial- und Hochkultur stehen im Zentrum umfangreicher Werkblöcke von Joseph Beuys, Andy Warhol, Dan Flavin, Donald Judd, Georg Baselitz, Jeff Wall, Rosemarie Trockel und Anselm Kiefer. Die jüngsten Entwicklungen, die das traditionelle Gattungsverständnis erweitern, kommen besonders in Rauminstallation, Performance und Medienkunst zum Ausdruck (Pipilotti Rist, Wolfgang Tillmans).