Il Museo Thyssen-Bornemisza del Palazzo di Villahermos, insieme al Museo del Prado e al Centro d'Arte Regina Sofia, fa parte del cosiddetto Triangolo dell'Arte. Presenta dipinti della collezione del barone Heinrich Thyssen-Bornemisza e di suo figlio Hans Heinrich. La collezione Thyssen-Bornemisza brilla in modo particolare nelle aree che sono sottorappresentate in altri musei spagnoli. Dipinti del Trecento (italiano), come Cristo e la Samaritana di Duccio di Buoninsegna, e opere di artisti paleolandesi, come il Dittico dell'Annunciazione a grisaglia di Jan Van Eyck, sono i migliori esempi di arte tardo-medievale del museo. Il museo ospita anche una squisita collezione di ritratti del XV secolo, tra cui quello di Giovanna Tornabuoni del Ghirlandaio e quello del Giovane cavaliere in un paesaggio di Carpaccio. Opere di Dürer, Caravaggio, Rubens, Frans Hals e Canaletto ci aiutano a tracciare la traiettoria dell'arte europea tra il XVI e il XVIII secolo.
Una visita al museo offre una splendida opportunità di studiare sia il paesaggio che l'arte di genere, due tipi di dipinti particolarmente popolari nella scuola olandese del XVII secolo e tra gli artisti americani del XIX secolo. Questi dipinti ispirarono anche pittori romantici, come Friedrich, impressionisti come Monet e Degas, e post-impressionisti, come Gauguin e Van Gogh, tutti rappresentati nella collezione del museo.
Il museo vanta anche importanti opere dell'avanguardia del XX secolo: fauvismo, espressionismo, surrealismo, astrattismo e pop art. Arlecchino con specchio di Picasso, Quadro con tre macchie, n. 196 di Kandinsky, Sogno causato dal volo di un'ape intorno a un melograno un secondo prima del risveglio di Dalì, Il gallo di Chagall, Camera d'albergo di Hopper e Donna in bagno di Lichtenstein sono alcune di queste.
La collezione Thyssen-Bornemisza si sviluppa al secondo piano, dove si trovano gli Antichi Maestri fino all'inizio del XIX secolo, mentre il primo piano è dedicato alle opere dei Maestri Moderni dall'impressionismo al XX secolo.
Il piano terra del museo, con ingresso indipendente all'inizio della sala principale, ospita la nuova installazione di 180 opere della collezione Carmen Thyssen.
Heinrich Thyssen-Bornemisza iniziò a collezionare opere d'arte negli anni Venti. Approfittando del periodo di grande crisi negli Stati Uniti, acquistò dipinti a prezzi piuttosto bassi. A causa di problemi finanziari, i proprietari accettavano anche le condizioni di vendita più avverse.
