大阪中之島美術館は、19世紀後半から今日に至る日本と海外の代表的な美術・デザイン作品を核としながら、地元大阪で繰り広げられた豊かな芸術活動にも目を向け、約4,600点超の寄贈と約1,100点の購入をあわせた約5,700点超のコレクションを所蔵している（2020年4月現在。寄託品を除く）。

コレクションは、洋画、日本画、海外の近代絵画、現代美術、版画、写真・映像、彫刻、デザインなどの幅広い領域にわたる。とりわけ国内最大の佐伯祐三の作品群や具体美術協会のリーダー・吉原治良の作品群、モディリアーニの裸婦像、ウンベルト・ボッチョーニやアルベルト・ジャコメッティら時代を画した海外アーティストの代表作などは、国内外で高く評価されている。また、2012年にはサントリーポスターコレクション（約18,000点・寄託品）が加わり、すでに収集している家具や食器などとあわせて世界有数のデザインコレクションが形成された。

また、美術の動向や作家・作品に関するさまざまな情報資源となるアーカイブズの整備・公開に注力している。アーカイブズはオンライン上のデータベースで誰でも検索することができ、さらには館内に開設されるアーカイブズ情報室にて調査研究のための実物閲覧（要事前予約）ができるよう準備が進められている。

大阪中之島美術館はコレクションとアーカイブズをあわせ、以下を収集方針として、開館後もさらなる収集活動の充実を図っていく予定である。

・佐伯祐三を中心とする近代美術の作品と資料
・大阪と関わりのある近代・現代美術の作品と資料
・近代・現代美術の代表的作品と資料
・大阪と関わりのある近代・現代デザインの作品と資料
・近代・現代デザインの代表的作品と資料