Das Museum besitzt eine der wichtigsten Sammlungen mittelalterlicher Malerei weltweit. Stefan Lochners populäre „Muttergottes in der Rosenlaube“ ist ihr Höhepunkt. Weitere Highlights sind die Malerei des Barocks mit Gemälden von Rubens, Rembrandt, Murillo bis Boucher, die deutsche Romantik sowie der französische Realismus und Impressionismus: Mit den Bildern der Fondation Corboud besitzt das Wallraf-Richartz-Museum die umfangreichste Sammlung impressionistischer und neoimpressionistischer Kunst in Deutschland.

Manet, Monet, Renoir, Pissarro, Sisley, Morisot, Signac und Seurat sind mit hervorragenden Werken vertreten, van Gogh, Cézanne, Gauguin, Bonnard, Ensor und Munch leiten die Moderne ein.