Het Thyssen-Bornemisza Museum in het Villahermos Paleis behoort samen met het Prado Museum en het Queen Sofia Art Center tot de zogenaamde kunstdriehoek. Het presenteert schilderijen uit de collectie van baron Heinrich Thyssen-Bornemisza en zijn zoon Hans Heinrich. De collectie van het Thyssen-Bornemisza schittert vooral op de gebieden die in andere Spaanse musea ondervertegenwoordigd zijn. Schilderijen uit het Trecento (Italiaans 14e eeuw), zoals Christus en de Samaritaanse vrouw van Duccio di Buoninsegna, en werken van Vroeg-Nederlandse kunstenaars zoals Het diptiek van de Annunciatie in grisaille van Jan Van Eyck zijn de mooiste voorbeelden van laatmiddeleeuwse kunst in het museum. Het museum bezit ook een prachtige collectie 15e-eeuwse portretten, waaronder een van Giovanna Tornabuoni door Ghirlandaio en een van Jonge ridder in een landschap door Carpaccio. Werken van Dürer, Caravaggio, Rubens, Frans Hals en Canaletto helpen ons het traject van de Europese kunst tussen de 16e en 18e eeuw te volgen.
Een bezoek aan het museum biedt een prachtige gelegenheid om zowel landschaps- als genrekunst te bestuderen, twee soorten schilderijen die bijzonder populair waren in de Hollandse school van de 17e eeuw en bij Amerikaanse kunstenaars uit de 19e eeuw. Deze schilderijen inspireerden ook Romantische schilders zoals Friedrich, Impressionisten zoals Monet en Degas, en Post-Impressionisten zoals Gauguin en Van Gogh, die allemaal vertegenwoordigd zijn in de collectie van het museum.
Er zijn ook belangrijke avant-gardistische werken uit de 20e eeuw te zien: fauvisme, expressionisme, surrealisme, abstractie en popart. Harlekijn met spiegel van Picasso, Beeld met drie vlekken, nr. 196 van Kandinsky, Droom veroorzaakt door de vlucht van een bij rond een granaatappel een seconde voor het ontwaken van Dali, De haan van Chagall, Hotelkamer van Hopper en Vrouw in bad van Lichtenstein zijn er enkele van.
De collectie van Thyssen-Bornemisza is verspreid over de tweede verdieping, waar zich de Oude Meesters tot het begin van de 19e eeuw bevinden, en de eerste verdieping is gewijd aan het werk van de Moderne Meesters vanaf het impressionisme tot de 20e eeuw.
De begane grond van het museum, met een eigen ingang aan het begin van de grote zaal, herbergt de nieuwe installatie van 180 werken uit de collectie Carmen Thyssen.
Heinrich Thyssen-Bornemisza begon in de jaren 1920 met het verzamelen van kunstwerken. Profiterend van de periode van de grote crisis in de Verenigde Staten kocht hij schilderijen voor vrij lage prijzen. Vanwege financiële problemen stemden hun eigenaars in met zelfs de meest ongunstige verkoopvoorwaarden.