Kolekcja zawiera szereg wybitnych dzieł malarzy polskich, zwłaszcza XIX i przełomu XIX/XX w., w tym kilka obrazów zaliczanych do arcydzieł malarstwa polskiego, np. Portret matki Henryka Rodakowskiego, Napoleon na koniu Piotra Michałowskiego, Śpiący Mietek Stanisława Wyspiańskiego, a także jeden z najwcześniejszych obrazów historycznych Jana Matejki Sobieski w Częstochowie. Kolekcja stanowi reprezentatywny przegląd malarstwa polskiego od epoki sarmackiej (portret sarmacki XVII-XVIII w., m.in. Józefa Faworskiego) i stanisławowskiej (dzieła Marcella Bacciarellego, Jana Piotra Norblina), poprzez główne nurty sztuki XIX w. (m.in. obrazy Wojciecha Gersona, Witolda Pruszkowskiego, Józefa Chełmońskiego, Aleksandra Gierymskiego, Leona Wyczółkowskiego), po epokę Młodej Polski (m.in. obrazy Olgi Boznańskiej, Stanisława Wyspiańskiego, Józefa Mehoffera, Jacka Malczewskiego, a także rzeźba Ksawerego Dunikowskiego). Cenną częścią zbioru są obrazy tzw. polskich monachijczyków, m.in. Maksymiliana Gierymskiego, Józefa Brandta, Alfreda Wierusza-Kowalskiego i Jana Rosena. Kolekcja zawiera także dzieła twórców XIX – początku XX w. związanych z kształtowaniem się środowiska artystycznego wielkoprzemysłowej Łodzi, w tym artystów żydowskich (np. obrazy Leona i Samuela Hirszenbergów, Maurycego Trębacza, Leopolda Pilichowskiego, rzeźby Henryka Glicensteina); w tej grupie cennym nabytkiem jest obraz Witolda Wołczaskiego, mało dziś znanego malarza, który prowadził jedną z pierwszych w Łodzi szkół artystycznych.
Zalążek kolekcji powstał w latach 1930-39. Jego podstawą stał się zbiór rodzinny Kazimierza Bartoszewicza, krakowskiego historyka i publicysty, ofiarowany miastu w latach 1928–30. W darze znalazły się m.in. dzieła Jana Piotra Norblina, Artura Grottgera, Aleksandra Kotsisa, Witolda Pruszkowskiego, Józefa Chełmońskiego, Jacka Malczewskiego i Vlastimila Hofmana. Trzon pierwotnej kolekcji dopełniała niewielka ilość dzieł dawnego Muzeum Miejskiego oraz Miejskiej Galerii Sztuki – ze zbiorów Gminy Miasta Łodzi; z zakupów Gminy trafiły do kolekcji m.in. dzieła Michała Elwiro Andriollego, Kazimierza Sichulskiego, Aleksandra Lessera, Juliusza Kossaka, Maurycego Trębacza i Natana Spiegla. Cennym uzupełnieniem przedwojennego zbioru malarstwa polskiego był dar łódzkiego przemysłowca Karola Eiserta, dzięki któremu pozyskano obrazy Alchemik Sędziwój i król Zygmunt III Jana Matejki, Intermezzo Jacka Malczewskiego oraz Ranny kirasjer i dziewczyna Wojciecha Kossaka. W grupie ofiarodawców znaleźli się również inni przemysłowcy łódzcy, np. Stanisław Silberstein, Jakub Brat-Kon, czy spadkobiercy Henryka Grohmana. Kolekcję nowopowstałego muzeum powiększały także zakupy dzieł. Z cenniejszych obrazów pozyskano tą drogą w okresie przedwojennym dwa portrety pędzla Olgi Boznańskiej, słynny Portret Matki Henryka Rodakowskiego oraz Autoportret Piotra Michałowskiego. W okresie powojennym kolekcja była stale uzupełniana poprzez zakupy i dary, a także liczne przekazy. Dziś zawiera ponad 700 prac, w tym blisko 450 obrazów olejnych. Do większych zespołów dzieł należą grafiki Jana Piotra Norblina (84 prace) oraz obrazy Mariana Wawrzenieckiego (28 prac olejnych i gwaszy). Do ostatnich nabytków należy, uchodzący za zaginiony obraz Adolfa Hersteina Pejzaż z wieśniaczkami/Modlitwa, 1900 – zakupiony w 2007 roku.
W 2009 roku Muzeum wydało katalog zbiorów: Marta Ertman, Malarstwo polskie od XVII do początku XX wieku w zbiorach Muzeum Sztuki w Łodzi, Łódź 2009. Katalog stanowi pierwsze pełne opracowanie całej kolekcji dawnego malarstwa polskiego w zbiorach Muzeum Sztuki. Obejmuje 590 dzieł sztuki polskiej od XVII do początku XX wieku i obrazuje osiemdziesięcioletni rozwój kolekcji muzealnej (1928-2008) oraz jej udział w upowszechnianiu narodowego dziedzictwa kulturowego w kraju i za granicą. Zawiera pełen wykaz bibliografii i oraz spis wystaw. Wszystkie dzieła reprodukowane są w kolorze.
