La pinacoteca è allestita all'interno del restaurato ex collegio gesuitico del Canopoleno, storico edificio eretto tra la fine del Cinquecento e l'inizio del Seicento nel cuore del centro storico in prossimità dei maggiori e più significativi complessi monumentali della città. L'attigua antica chiesa gesuitica di Gesù e Maria, ora intitolata a Santa Caterina, ne era parte integrante.

L'esposizione si sviluppa su tre piani e raggruppa oltre quattrocento opere prevalentemente pittoriche suddivise per tematiche (tema religioso, mitologico, storico, ritratto, nature morte, scene di genere etc.), organizzate al loro interno in ordine cronologico e capaci di documentare la produzione di diverse scuole e artisti italiani ed europei dal Medioevo alla metà del Novecento, compresa una significativa rassegna di artisti sardi del primo Novecento e una ricca sezione di grafica.

Il crocifisso ligneo policromo datato alla fine del ‘200 è l’opera più antica, ma anche il Trittico dei Libri, della fine del ‘300, la Madonna col Bambino di Bartolomeo Vivarini e la Maddalena di Andrea Vaccaro testimoniano la ricchezza della raccolta.

Notevole è anche l’esposizione di dipinti di artisti sardi dell’Ottocento e primo Novecento: Giovanni Marghinotti, Antonio Ballero, Filippo Figari, Giuseppe Biasi, Carmelo Floris, Pietro Antonio Manca, Mario Delitala, Stanis Dessy, Eugenio Tavolara, e la raccolta di opere grafiche di Giuseppe Biasi e Stanis Dessy.