2005년 개관 준비를 위한 작품 수집을 시작으로 경기도미술관은 1930년대 이후 국내외 현대미술 작품을 수집하여 한국화, 회화, 조각, 사진, 설치, 뉴미디어 등 다양한 장르를 아우르는 692점의 작품을 소장하고 있다.

경기도미술관의 소장품은 주로 1970-80년대 한국 현대미술사를 관통한 작가들의 주요 작품과 1990년대 이후 동시대 현대미술의 동향을 보여주는 대표 작품, 그리고 자연친화적인 야외조각작품 등으로 구성되어 있다. 이렇게 수집한 소장품은 미술관 내 소장품 전시와 국내외 외부기관에서 다양한 주제로 소개되고 있으며, 소장품에 대한 이해를 심화시키기 위한 다양한 프로그램을 통해 관람객과 만나고 있다.