Das Museum der Moderne Salzburg ist für vielfältige und umfangreiche Sammlungsbestände verantwortlich, gesamt für rund 55 000 Werke, die vom 19. und 20. Jahrhundert bis in die Gegenwart reichen und aus der Anfangszeit einen Schwerpunkt auf Grafik und Fotografie aufweisen. Neben der eigenen Sammlung betreut das Museum der Moderne Salzburg gemeinsam mit den Werken im Besitz des Landes Salzburg auch die Fotosammlung des Bundes mit allein rund 12 000 Titeln.

Ein weiterer prominenter, dem Museum seit 2014 anvertrauter Bestand ist die international ausgerichtete Sammlung Generali Foundation mit rund 2100 Werken in unterschiedlichen Medien und einem Fokus auf konzeptuelle sowie Medien und Performance basierter Kunst. Insgesamt befinden sich in der Obhut des Museum der Moderne Salzburg rund 31 000 Arbeiten auf Papier, 22 000 Fotografien, 800 Gemälde, 700 Skulpturen und Installationen sowie 800 Film- und Videoarbeiten inklusive Installationen mit elektronischen Medien.

Einer der thematischen Grundpfeiler der Sammlung des Museum der Moderne Salzburg ist das expressionistische Menschenbild, dass die frühe Sammlungsgeschichte geprägt und für einen deutlichen Schwerpunkt zugunsten figurativer Kunst gesorgt hat. Mit der Errichtung des neuen Museumsgebäudes am Mönchsberg wurden zeitgenössische Positionen nationaler und internationaler Kunst verstärkt berücksichtigt. Als Kompetenzzentrum für österreichische Fotografie nach 1945 verfügt das Museum über eine umfangreiche Sammlung der wichtigsten Positionen der nationalen Fotogeschichte. Ein hochkarätiges Konvolut japanischer Fotografie steht exemplarisch für eine internationale Perspektive. Die international anerkannte Sammlung Generali Foundation, die zu den bedeutendsten österreichischen Unternehmenssammlungen gehört, setzt mit feministischen, performativen und konzeptuellen Positionen seit den 1970er-Jahren wesentliche Akzente im zeitgenössischen Kunstgeschehen.