El núcleo de la colección del Museo Tamayo está formado por más de 300 obras de 170 artistas que Olga y Rufino Tamayo reunieron y donaron para que se conformara el museo. Su intención era brindarle al público mexicano la oportunidad de conocer arte internacional de la mejor calidad y de todos los movimientos desde la Segunda Guerra Mundial. La colección incluye ejemplos de los más renombrados artistas de la segunda mitad del siglo XX, como Pablo Picasso, Henry Moore, Isamu Noguchi, Franz Kline, Helen Frankenthaler, Wifredo Lam, Roberto Matta, Jesús Rafael Soto, Louise Nevelson y George Segal. Desde su inauguración, el museo ha seguido operando bajo la misión original de presentar lo más relevante del arte actual, y a la colección original se le continúan sumando ejemplos de arte contemporáneo en todos sus formatos con más de 980 obras en total.