Il museo espone la collezione personale di Peggy Guggenheim, che comprende capolavori del Cubismo, Futurismo, Pittura Metafisica, Astrattismo europeo, scultura d’avanguardia, Surrealismo ed Espressionismo Astratto americano, di alcuni dei più grandi artisti del XX secolo. Tra questi Picasso (Il poeta, Sulla spiaggia), Braque (Il clarinetto), Duchamp (Giovane triste in treno), Léger (Uomini in città), Brancusi (Maiastra, Uccello nello spazio), Severini (Mare=Ballerina), Picabia (Pittura rarissima sulla terra), de Chirico (La torre rossa, La nostalgia del poeta), Mondrian (Composizione n. 1 con grigio e rosso 1938 / Composizione con rosso 1939), Kandinsky (Paesaggio con macchie rosse no 2), Miró (Donna seduta II), Giacometti (Donna sgozzata, Donna che cammina), Klee (Giardino magico), Ernst (Il bacio, La vestizione della sposa), Magritte (L’impero della luce), Dalí (La nascita dei desideri liquidi), Pollock (La donna luna, Alchimia), Gorky (Senza titolo), Calder (Arco di petali) e Marini (L’angelo della città).
Il museo espone inoltre sia opere donate alla Fondazione Solomon R. Guggenheim, per la sua sede veneziana, dopo la morte di Peggy, che prestiti a lungo termine da parte di collezioni private.
