La pinacoteca ha sede nell'ex noviziato gesuitico di Sant'Ignazio, un severo edificio quadrangolare realizzato nel secolo XVII su progetto di Francesco Martini. Fu nel 1804 che l’edificio divenne sede della quadreria dell’Accademia delle Belle Arti. E' tuttavia alla settecentesca Accademia Clementina, antenata dell'istituto di Belle Arti, che risale la nascita della ricchissima collezione formatasi in seguito alla donazione di monsignor Francesco Zambeccari e all'arrivo di opere provenienti da chiese e conventi locali sottratte alle spoliazioni napoleoniche. Dopo la caduta di Napoleone, anche grazie all’intervento di Antonio Canova, la pinacoteca poté rientrare in possesso di 36 tele trafugate. Un’ulteriore aggiunta di opere si ebbe con l’unificazione dello Stato italiano e la conseguente soppressione di alcuni ordini religiosi. Il percorso espositivo prevede quattro sezioni principali: Medioevo, Rinascimento, Manierismo, Seicento-Settecento.
La collezione permanente privilegia la scuola pittorica bolognese ed emiliana dal suo fiorire trecentesco con Vitale da Bologna fino alla pittura settecentesca dei Gandolfi. Non mancano però testimonianze fondamentali di artisti non bolognesi che ebbero contatti diretti e non con la città come Giotto e Raffaello. Ruolo dominante e caratterizzante nella raccolta riveste l’arte del seicento bolognese, rappresentata dai capolavori di Ludovico, Agostino e Annibale Carracci e dalla grandezza riconosciuta in tutto il mondo di Guido Reni e del Guercino.