La raccolta, arricchita grazie ai lasciti e alle donazioni Corsini a partire dal Settecento, vanta un raffinato nucleo di dipinti che spazia tra XIV e XVIII secolo, con una predominanza della pittura italiana (specialmente romana, bolognese e napoletana) barocca e importanti esempi di opere di bamboccianti e paesaggisti.

La prima sala della galleria vanta un gran numero di tele di grandi dimensioni del XVII e XVIII secolo, per lo più a soggetto paesaggistico e religioso. La sala successiva ospita un nucleo dei cosiddetti pittori "primitivi", tra cui spicca il Trittico con Pentecoste, Giudizio Universale e Ascensione di Beato Angelico, rara opera quattrocentesca presente in galleria sin dal 1740. L'arte rinascimentale è rappresentata da alcune opere, tra le quali l'Adorazione dei pastori, dipinto di Jacopo Bassano.

L'arte barocca è costituita da un eccezionale numero di capolavori, come il San Sebastiano curato dagli angeli (1602-1603), opera romana del pittore Pieter Paul Rubens, la Madonna della Paglia, tela legata al soggiorno italiano di Antoon van Dyck, la Madonna col Bambino di Bartolomé Esteban Murillo e il San Giovanni Battista di Caravaggio (1603). Al suo fianco è la Madonna col Bambino, affascinante opera di Orazio Gentileschi, già attribuita a Caravaggio stesso.

Nella sala dedicata al Settecento si conserva un vasto nucleo di opere di Carlo Maratta, come la Madonna col Bambino, Martirio di Sant'Andrea, Rebecca alla fonte e la Fuga in Egitto, oltre al Trionfo di Ovidio di Nicolas Poussin. Le sale successive offrono squisiti esempi di arte emiliana (con opere di Giovanni Lanfranco) e della pittura seicentesca napoletana. In quest'ultima categoria vanno segnalate le opere di Salvator Rosa, alla cui produzione è legata il sanguinolento Prometeo e le ariose tele raffiguranti Battaglie e Paesaggi. Nella medesima sala è custodito il grandioso Venere scopre Adone morto, capolavoro di Jusepe de Ribera (1637) in cui predomina il chiaro colorismo tipico di Diego Velázquez. Esemplare è anche la tela raffigurante Cristo tra i dottori, opera di Luca Giordano, allievo del Ribera.