Die Gemäldesammlung umfasst heute etwa 1.700 Werke. Lange Zeit bestand die Kunstsammlung des Museums neben kunsthandwerklichen Arbeiten vorwiegend aus Werken der Malerei. Die grundlegende konzeptionelle Entscheidung für die weitere Entwicklung der Gemäldesammlung in der Moritzburg wurde von Max Sauerlandt (1880-1934) getroffen. Zunächst konzentrierte Sauerlandt seine Erwerbungstätigkeit auf die deutsche Malerei des ausgehenden 19. und des beginnenden 20. Jahrhunderts. Durch ihn gelangten spätimpressionistische Werke von Max Liebermann und Max Slevogt sowie Werke von Lovis Corinth und Max Beckmann in das Museum. Doch bald wandte er sein Interesse der expressionistischen Kunst zu. So kaufte er im Jahr 1913 Emil Noldes "Abendmahl" (1909), das sich heute im Statens Museum for Kunst in Kopenhagen befindet. Mit diesem Ankauf löste er eine öffentliche Diskussion darüber aus, inwieweit zeitgenössische Kunst in ein Museum gehöre. In den Folgejahren erwarb sich das Haus vor allem durch den Ankauf weiterer bedeutender Gemälde den Ruf, zu den führenden Sammlungen moderner Kunst in Deutschland zu zählen. Dieser hohe Stellenwert ging 1937 mit der nationalsozialistischen Aktion "Entartete Kunst" verloren.

Heute ist das Gesicht der Gemäldesammlung vielgestaltig. In der ständigen Präsentation zur Kunst in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts nehmen Werke expressionistischer Maler den zentralen Platz ein. Gemälde der „Brücke“-Maler Erich Heckel, Ernst Ludwig Kirchner, Otto Mueller, Max Pechstein und Karl Schmidt-Rottluff gehören ebenso wie Franz Marcs "Die weiße Katze" (1912) zu den bekanntesten Werken in der halleschen Moritzburg. Auf die Wurzeln des Expressionismus verweisen Gemälde von Max Beckmann, Lovis Corinth, Gustav Klimt oder Edvard Munch. Arbeiten der zweiten Generation des Expressionismus, vor allem von Mitgliedern der Dresdner Sezession, besitzt das Museum in bedeutender Qualität und Zahl.

Hierzu gehören auch Werke der linken, sozial engagierten Kunst, wie zum Beispiel von Otto Griebel, Hans Grundig und Curt Querner. Hochrangig ist die Kunst des Konstruktivismus vertreten. Wichtige Arbeiten von El Lissitzky, Walter Dexel, Hermann Glöckner und Oskar Nerlinger bilden die Grundlage dafür. Aus der Neuen Sachlichkeit sind bedeutende Werke von Alexander Kanoldt, Christian Schad, Georg Schrimpf und eine größere Gruppe von Gemälden des Hallensers Karl Völker vorhanden.

Drei Gemälde aus der berühmten 1929 bis 1931 im Torturm der Moritzburg von Lyonel Feininger (1871-1956) geschaffenen Reihe der "Halle-Bilder" stehen im Zentrum der im Wesentlichen nach 1945 wieder aufgebauten Sammlung von Werken des deutsch-amerikanischen Bauhausmeisters. Neben Feininger sind mit Paul Klee, Hans Reichel und Fritz Winter weitere Bauhauskünstler in der Sammlung präsent.

Zur Gemäldesammlung gehören weiter kleinere Werkgruppen, die die Entwicklung der Malerei seit der Spätgotik belegen können. Zu nennen sind Gemälde von Christoph Amberger oder Lucas Cranach d. J., Werke von niederländischen Künstlern wie Henrik Averkamp, Albert Cuyp, Pieter de Haen, Frans de Momper, Simon de Vlieger.

Die Malerei des 18. Jahrhunderts ist mit Arbeiten von Daniel Chodowiecki, Angelica Kauffmann, Anton Raphael Mengs, Jan Mortel und August Tischbein vertreten.