Conserva principalmente dipinti di artisti italiani dalla fine del XVIII al XX secolo e si snoda lungo un percorso di 30 sale. Il nucleo originario risale a Pietro Leopoldo di Lorena che, nel 1784, istituì una galleria d’arte moderna destinata alle opere premiate nei concorsi accademici. Vittorio Emanuele II incrementò le collezioni ma si deve al Comune di Firenze la decisone di radunare in un sol luogo tutte le raccolte tra cui quella di Diego Martelli, acquistata nel 1897. Quando i Savoia lasciarono il palazzo si presentò l’occasione giusta il primo allestimento fu inaugurato nel 1924.