Cómo es posible que un museo de escultura reúna un apreciable fondo de más de mil obras pictóricas, algunas de gran valor? Como afirma el director de este Museo, don Jesús Urrea, es algo que no puede explicarse sin los procesos desamortizadores de Mendizábal y Madoz: en efecto, gran parte de las obras expuestas provienen de conventos e iglesias clausuradas en el siglo pasado, e integraron, hasta 1933, la sección de pintura de este anteriormente Museo Provincial de Valladolid, gracias, entre otras cosas, a la labor de su primer director, el pintor Pedro González, autor de la primera catalogación en 1843.

La colección reúne, en su primera sala, desde obras tardomedievales, con resabios del gótico, a interesantes ejemplares de la escuela hispano-flamenca de entre los siglos XV y XVI: destacan el Retablo de San Jerónimo, de Jorge Inglés, procedente del monasterio jerónimo de Mejorada de Olmedo; cuatro óleos del Maestro de San Ildefonso; y una Piedad, de Pedro Berruguete. En las salas siguientes pueden admirarse doce obras renacentistas, de intensa influencia italiana: entre ellas, dos grisallas sobre tabla de Alonso Berruguete; una copia de la Virgen de la rosa, de Rafael, de autor desconocido, y un San Bernardo de Claraval, de Antonio Vázquez. En la sala cuarta hay nueve obras de la escuela vallisoletana, del XVII: una Anunciación, de Gregorio Martínez; la Disputa de santo Domingo con los albigenses, de Bartolomé de Cárdenas; y un Descanso en la huída a Egipto, de Bartolomé González, entre otras.

Hay también una sala dedicada a la pintura flamenca, de la que cabe destacar un original de Rubens, Heráclito y Demócrito; y una Asunción, de Bosschaert, anteriormente atribuida a Rubens, procedente del convento de las Recoletas de Fuensaldaña. Cabe destacar, en la sala sexta, la grandiosa Alegoría de la Inmaculada Concepción, del sevillano Juan de Roelas; y en la última sala, aparte de un lienzo de Zurbarán, una sorprendente muestra de arte americano: una Historia de la aparición de la Virgen de Guadalupe, pintada, por Juan de Correa, en México entre los siglos XVII y XVIII.