Helsingin taidemuseon kokoelmatoiminnan ydinalueita ovat taidekokoelmien kartuttaminen, ylläpito ja esittely. Taidemuseolla on laaja ja merkittävä, yli 8700 teosta käsittävä taidekokoelma. Kokoelman pääosa on 1900–2000-luvun suomalaista taidetta.
Taidemuseon kokoelmia esitellään yleisölle paitsi museon omissa kokoelmanäyttelyissä, myös kaupungin julkisissa tiloissa. Suuri osa, noin 40 %, taidemuseon kokoelmista on sijoitettu julkisiin tiloihin, katu- ja puistotiloihin sekä kaupungin virastoihin ja laitoksiin. Myös tällä tavoin taidemuseo tuo kuvataiteen osaksi ihmisten arkea.
Taiteen dokumentointi ja tieteellinen tutkimus kuuluvat myös kokoelmatoimintaan. Toiminta palvelee sekä yleisöä että ammattilaisia.
