Muzeum Thyssen-Bornemisza w Pałacu Villahermos wraz z Muzeum Prado i Centrum Sztuki Królowej Zofii należy do tzw. Trójkąta Sztuki. Prezentuje obrazy z kolekcji barona Heinricha Thyssen-Bornemisza i jego syna Hansa Heinricha. Kolekcja Thyssen-Bornemisza świeci szczególnie jasno w dziedzinach, które są słabo reprezentowane w innych hiszpańskich muzeach. Obrazy z Trecento (włoskiego XIV wieku), takie jak Chrystus i Samarytanka autorstwa Duccio di Buoninsegna, oraz dzieła artystów wczesnoholenderskich, takie jak Dyptyk Zwiastowania grisaille Jana Van Eycka, są najlepszymi przykładami sztuki późnego średniowiecza w muzeum. W muzeum znajduje się również wspaniała kolekcja XV-wiecznych portretów, w tym jeden Giovanny Tornabuoni autorstwa Ghirlandaio i jeden Młody rycerz w pejzażu autorstwa Carpaccio. Dzieła Dürera, Caravaggia, Rubensa, Fransa Halsa i Canaletto pomagają nam prześledzić drogę sztuki europejskiej między XVI a XVIII wiekiem.
Wizyta w muzeum to wspaniała okazja do zapoznania się z pejzażem i sztuką rodzajową, dwoma rodzajami malarstwa, które były szczególnie popularne w szkole holenderskiej XVII wieku i wśród XIX-wiecznych artystów amerykańskich. Obrazy te inspirowały również malarzy romantycznych, takich jak Friedrich, impresjonistów, takich jak Monet i Degas, oraz postimpresjonistów, takich jak Gauguin i Van Gogh, z których wszyscy są reprezentowani w kolekcji muzeum.
Muzeum może się również pochwalić ważnymi dziełami awangardy XX wieku: fowizmem, ekspresjonizmem, surrealizmem, abstrakcją i pop-artem. Harlequin z lustrem Picassa, Obraz z trzema plamami, nr 196 Kandinskiego, Sen spowodowany lotem pszczoły wokół granatu na sekundę przed przebudzeniem Dali, Kogut Chagalla, Pokój hotelowy Hoppera i Kobieta w kąpieli Lichtensteina to tylko niektóre z nich.
Kolekcja Thyssen-Bornemisza rozłożona jest na drugim piętrze, gdzie znajdują się Starzy Mistrzowie do początku XIX wieku, a pierwsze piętro poświęcone jest twórczości Mistrzów Nowoczesnych od impresjonizmu do XX wieku.
Na parterze muzeum, z własnym wejściem na początku głównego holu, mieści się nowa instalacja 180 dzieł z kolekcji Carmen Thyssen.
Heinrich Thyssen-Bornemisza rozpoczął kolekcjonowanie dzieł sztuki w latach dwudziestych XX wieku. Wykorzystując okres wielkiego kryzysu w Stanach Zjednoczonych, kupował obrazy po dość niskich cenach. Z powodu problemów finansowych ich właściciele zgadzali się nawet na najbardziej niekorzystne warunki sprzedaży.
