Muzej Thyssen-Bornemisza u palati Villahermos zajedno sa muzejom Prado i Art centrom kraljice Sofije pripada takozvanom Art trouglu. Predstavlja slike iz kolekcije barona Heinricha Thyssen-Bornemisze i njegovog sina Hansa Heinricha.Kolekcija Thyssen-Bornemisze posebno blista u područjima koja su nedovoljno zastupljena u drugim španjolskim muzejima. Slike iz Trecenta (talijanski 14. vijek), poput Krista i Samaritanke Duccia di Buoninsegne, i djela ranih holandskih umjetnika poput Grisaillea Navještenja, Jana Van Eycka, najbolji su primjeri muzejske umjetnosti kasnog srednjeg vijeka. Muzej takođe poseduje izuzetnu kolekciju portreta iz 15. veka, uključujući jedan Giovanne Tornabuoni od Ghirlandaia i jedan od mladog viteza u pejzažu od Carpaccia. Radovi Dürera, Caravaggia, Rubensa, Fransa Halsa i Canalettoa pomažu nam da pratimo putanju evropske umjetnosti između 16. i 18. stoljeća.Posjet muzeju pruža prekrasnu priliku za proučavanje pejzažne i žanrovske umjetnosti, dvije vrste slika koje su bile posebno popularne u holandskoj školi 17. stoljeća i među američkim umjetnicima iz 19. stoljeća. Ove slike su inspirisale i romantičare, poput Friedricha, impresioniste poput Moneta i Degasa, i postimpresioniste, poput Gauguina i Van Gogha, koji su svi zastupljeni u kolekciji muzeja.Takođe se može pohvaliti važnim avangardnim delima 20. veka: fovizmom, ekspresionizmom, nadrealizmom, apstrakcijom i pop artom. Harlekin sa ogledalom Pikasa, Slika sa tri tačke, br. 196 Kandinskog, San izazvan letenjem pčele oko nara sekundu pre buđenja Dalija, Pijetao od Šagala, Hotelska soba Hoppera i Žena u Batu od Lihtenštajna su neki od njih.Zbirka Thyssen-Bornemisza prostire se na drugom spratu, gde se nalaze stari majstori do početka 19. veka, a prvi sprat je posvećen radu modernih majstora od impresionizma do 20. veka.U prizemlju muzeja, sa sopstvenim ulazom na početku glavne sale, smeštena je nova instalacija od 180 dela iz kolekcije Carmen Thyssen.Heinrich Thyssen-Bornemisza počeo je sakupljati umjetnička djela 1920-ih. Iskoristivši period velike krize u Sjedinjenim Državama, kupovao je slike po prilično niskim cijenama.Zbog finansijskih problema njihovi vlasnici su pristajali i na najnepovoljnije uslove prodaje.