Dział Sztuki Współczesnej posiada bogate, liczące się w skali kraju zbiory artystyczne, które stanowią potencjał wystawienniczy Muzeum. Kolekcja liczy ponad sześć tysięcy obiektów reprezentujących wszystkie klasyczne dyscypliny artystyczne. Zespół obejmuje prace z zakresu malarstwa, grafiki, rysunku, rzeźby, plakatu, tkaniny, ceramiki, fotografii. Uwzględnia również nowe sposoby ekspresji – instalacje, dokumentacje akcji artystycznych. O ich jakościowej wartości decyduje przede wszystkim malarstwo polskie, poza nielicznymi wyjątkami, powstałe po 1945 roku, aż po czasy najnowsze. Prace ponad siedmiuset autorów tworzą szeroką panoramę zjawisk obrazujących główne kierunki i tendencje występujące w powojennej sztuce polskiej. Droga pozyskiwania zbiorów była zróżnicowana; od depozytu warszawskiego Centralnego Biura Wystaw Artystycznych z 1959 roku (który w 1982 roku przeszedł na własność Muzeum), po liczne zakupy od artystów uczestniczących w Wystawach i Sympozjach Złotego Grona (1963-1981) oraz w późniejszym Biennale Sztuki Nowej (1985-1996). Okres międzywojenny reprezentują m.in. pojedyncze prace: Olgi Boznańskiej, Tadeusza Makowskiego, Władysława Strzemińskiego, Leona Chwistka, Stanisława Ignacego Witkiewicza. Zbiory malarstwa powojennego odzwierciedlają wszystkie znaczące nurty i opcje. Orientacja pokapistowska to kompozycje m.in.: Jana Cybisa, Hanny Rudzkiej-Cybisowej, Zbigniewa Pronaszki, Wacława Taranczewskiego, Czesława Rzepińskiego, Tadeusza Piotra Potworowskiego, z dominującymi przedstawieniami portretu, martwej natury i pejzażu. Socrealizm w sztuce polskiej dokumentuje sztandarowy, monumentalny obraz Andrzeja Strumiłły Nasza Ziemia, rzeźba Świniarka autorstwa Antoniego Kenara oraz płótna Stanisława Teisseyre’a, Heleny i Juliusza Krajewskich czy Józefy Wnukowej. Okres „odwilży” reprezentowany jest m.in. słynnym dziełem Marka Oberländera Napiętnowani, pochodzący z przełomowej Wystawy Młodej Plastyki, która odbyła się w warszawskim Arsenale w roku 1955 oraz kompozycje innych „arsenałowców”: Teresy Pągowskiej, Franciszka Starowieyskiego, Andrzeja Matuszewskiego, Stefana Gierowskiego.

Na uwagę zasługuje obszerny zespół dzieł posługujących się językiem abstrakcji w rozmaitych odmianach. Od spontanicznego gestu, akcentującego ekspresyjne walory farby i faktury, po wizje z pogranicza metafory i znaku. W tym zestawie wyróżniają się m.in. obrazy Tadeusza Brzozowskiego, Jana Lebensteina, Alfreda Lenicy, Zbigniewa Tymoszewskiego, Jana Tarasina. Abstrakcję geometryczną reprezentują m.in. prace: Henryka Stażewskiego, Stefana Gierowskiego, Zbigniewa Gostomskiego, Adama Marczyńskiego, Stefana Krygiera, Kajetana Sosnowskiego, Jana Berdyszaka. W obszarze surrealizmu i nurtu metaforycznego sytuują się dzieła Kazimierza Mikulskiego, Erny Rosenstein, Zbigniewa Makowskiego, Stanisława Fijałkowskiego, Urszuli Broll. Krąg malarstwa figuratywnego reprezentują kompozycje Edwarda Dwurnika, Jana Dobkowskiego, Antoniego Fałata, Marka Sapetty, Danuty Waberskiej, Jana Świtki i wielu innych. W kolekcji nie zabrakło też przykładów prac wybitnych indywidualności polskiej sztuki – Tadeusza Kantora, Jerzego Nowosielskiego czy Władysława Hasiora.

Istotną i niezwykle cenną część zbiorów stanowi kolekcja prac związanych z ogólnopolską imprezą plastyczną Wystaw i Sympozjów Złotego Grona, które odbywały się w Zielonej Górze cyklicznie w latach 1963-1981. W skład tego zbioru obejmującego blisko trzysta prac malarskich i graficznych stu osiemdziesięciu autorów, stanowiącego przegląd tendencji w ówczesnej sztuce polskiej, wchodzą prace wybitnych jej przedstawicieli takich jak: Marian Bogusz, Jan Chwałczyk, Tadeusz Dominik, Zbigniew Dłubak, Józef Hałas, Natalia Lach-Lachowicz, Jan Szancenbach, Eugeniusz Geppert, Józef Gielniak, Stefan Krygier, Teresa Miszkin, Henryk Musiałowicz, Jerzy Rosołowicz, Andrzej Urbanowicz oraz wielu wyżej wymienionych artystów. Dzięki Biennale Sztuki Nowej, które również odbywało się w Zielonej Górze od połowy lat 80. do połowy 90. XX wieku, trafiły do zbiorów prace m.in. Włodzimierza Pawlaka, Leszka Knaflewskiego, Jarosława Kozłowskiego, Tomasza Tatarczyka, Jerzego Truszkowskiego, Ryszarda Woźniaka, Grzegorza Sztabińskiego. Specyficznym elementem kolekcji są pokaźne zestawy prac m.in. Jana Berdyszaka, Kajetana Sosnowskiego, Mariana Kruczka, Józefa Marka, Andrzeja Gieragi, które funkcjonowały w ramach Galerii Autorskich w latach 1976-1997.

W zasobach Działu znajdują się również bogate zbiory współczesnej grafiki i rysunku, które zawierają reprezentatywny zestaw czołowych polskich artystów, m.in. Władysława Strzemińskiego, Marii Jaremy, Andrzeja Wróblewskiego, Jerzego Panka, Leszka Sobockiego, Romana Opałki, Eugeniusza Geta-Stankiewicza, Jacka Gaja, Lucjana Mianowskiego, Eugeniusza Markowskiego, Zbigniewa Lutomskiego, Izabelli Gustowskiej, Tadeusza Jackowskiego. Zestaw ten cechuje się dużą różnorodnością warsztatowo-formalną i tematyczną, ukazując szerokie spektrum poszukiwań oraz możliwości twórczych współczesnych grafików polskich.Dział Sztuki Współczesnej posiada również kolekcję powojennego polskiego plakatu współczesnego, w której znajdują się m.in. dzieła klasyków polskiej szkoły plakatu: Henryka Tomaszewskiego, Romana Cieślewicza, Józefa Mroszczaka, Jana Młodożeńca, Jana Lenicy, Wiktora Górki, Macieja Urbańca, Waldemara Świerzego, Franciszka Starowieyskiego. Zbiór powstał w znaczącej części w oparciu o przekaz ponad sześciuset prac z Muzeum Plakatu w Wilanowie w 2000 roku.

Wyodrębniony, liczący około dwa tysiące pięćset eksponatów zestaw, stanowią prace dokumentujące twórczość plastyków związanych ze Środkowym Nadodrzem i Zieloną Górą od roku 1945 po dzień dzisiejszy. W tej grupie eksponatów znajdują się zwarte kolekcje, przekrojowo ukazujące drogę twórczą zarówno nieżyjących już nestorów lubuskiej plastyki: Stefana Słockiego, Klema Felchnerowskiego, Mariana Szpakowskiego, Hilarego Gwizdały, Andrzeja Gordona, Witolda Nowickiego, jak i nadal aktywnych twórczo artystów: m.in. Anny Gapińskiej-Myszkiewicz, Józefa Burlewicza czy Zbigniewa Szymoniaka. Zbiory te są w miarę możliwości wzbogacane dziełami przedstawicieli najmłodszej generacji skupionej m.in. wokół Instytutu Sztuki i Kultury Plastycznej Uniwersytetu Zielonogórskiego.