Die Kunstsammlung, deren Grundstein von Reinhold Würth in den 1960er Jahren gelegt wurde, umfasst heute rund 17.000 Kunstwerke. Die Akzente der Sammlung liegen auf Skulpturen, Malerei und Grafiken vom ausgehenden 19. Jahrhundert bis zur Gegenwart. Neben dem immer bedeutender werdenden Bereich der „klassischen Moderne“, die durch Künstler wie Max Beckmann, Max Ernst, Ernst Ludwig Kirchner, Edvard Munch, Emil Nolde oder Pablo Picasso eindrucksvoll in der Sammlung vertreten ist, sind es insbesondere die Bereiche Plastik und Skulptur, die mehr und mehr an Bedeutung gewinnen. Bildhauer wie Eduardo Chillida, Alfred Hrdlicka, Robert Jacobsen, Henry Moore, Tony Cragg, Anish Kapoor oder Bernar Venet bereichern die Sammlung. Mit ganzen Werkblöcken sind Künstler wie Hans Arp, Horst Antes, Georg Baselitz, Max Bill, Christo und Jeanne-Claude, Anselm Kiefer, Bernhard Luginbühl u. a. m. in der Sammlung vertreten.

Ein besonderer, mittlerweile um zahlreiche maßgebliche Werke, vor allem aus dem Bereich der Skulptur sinnvoll ergänzter Sammlungskomplex, stellt der im Jahr 2003 erworbene spätmittelalterliche Fürstlich Fürstenbergische Bilderschatz dar. Zu ihm gehören bedeutende Tafelbilder aus der Hand von Lucas Cranach und seiner Werkstatt, zahlreiche Arbeiten des Meisters von Meßkirch, des Zürcher Veilchenmeisters, Hans Schäufeleins oder Bernhard Strigels. Die bedeutendste Ergänzung erfolgte 2012 mit der sogenannten Schutzmantelmadonna von Hans Holbein dem Jüngeren, die als Hauptwerk deutscher Renaissancemalerei gilt.