Die Sammlung der Neuen Galerie umfasst einen regional und international herausragenden Kunstbestand mit Malerei, Skulpturen und neuen Medien des 19. bis 21. Jahrhunderts. Ein besonderer Schwerpunkt sind die documenta-Kunstwerke, die das Museum seit 1982 mit Unterstützung der Stadt Kassel und des Landes Hessen erwirbt.

Zu den Highlights gehören wegweisende Werke der Malerei des 19. Jahrhunderts wie das „Liebespaar im Walde“ von Carl Spitzweg. Dieser Bestand zeigt vor allem die Entwicklung der neuen Landschaftsmalerei – von der heroischen Landschaft des frühen 19. Jahrhunderts über die Romantik bis hin zum Realismus und den ersten impressionistischen Einflüssen.

Aus dem 20. Jahrhundert gibt es in der Sammlung wichtige Bestände des deutschen Impressionismus. Dazu gehören zahlreiche Werke des Künstlers Lovis Corinth mit seinem Hauptwerk „Walchensee“. Ein weiterer Sammlungsschwerpunkt ist die Malerei und Skulptur der Klassischen Moderne. Die Kunst der Nachkriegszeit und die zeitgenössische Kunst ist mit Werken von Sigmar Polke über Andy Warhol bis Gerhard Richter vertreten.

Anlässlich der Eröffnung des Hauses 1976 hat Joseph Beuys persönlich einen Raum eingerichtet, in der er unter anderem seine Installation „The pack (Das Rudel)“ aufgebaut hat.

Zu den wichtigsten Erwerbungen aus den documenta-Ausstellungen zählen die begehbare Installation „Isola“ von Mario Merz, Doris Salcedos „THOU-LESS“, ein Gemälde von Miriam Cahn sowie ein Teil von Ai Weiweis Kunstprojekt „Fairytale“.