En 1908 se constituye el Patronato del Museo por acuerdo de la Diputación y el Ayuntamiento, pero la inauguración definitiva se retrasa hasta febrero de 1914. Actualmente el museo está instalado en un edificio de nueva planta, inaugurado en 1945 obra del arquitecto Fernando Urrutia, al cual se incorporó otra construcción en 1963 a través de una galería. Los fondos están integrados por pintura española de los siglos XII hasta nuestros días y pintura flamenca del siglo XVIII, italiana de los siglos XVII y XVIII y francesa del XVIII.

En la colección de pintura española encontramos obras firmadas por El Greco, Goya, Murillo, Zurbarán, Ribera, Sorolla, Zuloaga, Regoyos, Solana, Tápies o Chillida. Entre los artistas internacionales están representados Van Dyck, Jordaens, Ruysdael, Brueghel, Gentilleschi, Gauguin o Bacon. El museo de Bellas Artes de Bilbao organiza importantes exposiciones temporales y ha sido responsable de destacadas publicaciones. Además de conferencias, seminarios y conciertos, cuenta con un servicio de cinemateca, un activo departamento de educación y una biblioteca. El Museo ha terminado en noviembre de 2001 un proceso de reforma y ampliación de sus instalaciones en el que se han rehabilitado los dos edificios -Antiguo (1945) y Moderno (1972), que lo componen. La ampliación de la superficie expositiva y de la superficie dedicada a servicios se completa con la construcción de nuevos accesos, una nueva Galería acristalada, nueva cafeteria y dependencias técnicas, además de un nuevo auditorio, un nuevo piso sobre el edificio moderno que aloja el nuevo restaurante del Museo y la ejecución de un plan de accesibilidad para personas discapacitadas.