Thyssen-Bornemisza muuseum Villahermose palees kuulub koos Prado muuseumi ja Kuninganna Sofia kunstikeskusega nn kunstikolmnurka. Seal on välja pandud maalid parun Heinrich Thyssen-Bornemisza ja tema poja Hans Heinrichi kollektsioonist. Thyssen-Bornemisza kollektsioon särab eriti eredalt valdkondades, mis on teistes Hispaania muuseumides alaesindatud. Trecento (14. sajandi Itaalia) maalid, nagu Duccio di Buoninsegna "Kristus ja Samaaria naine", ja varase Madalmaade kunstnike teosed, nagu Jan Van Eycki "Annunciation Diptühhon grisaille", on muuseumi parimad näited hiliskeskaegsest kunstist. Muuseumis on ka 15. sajandi portreede suurepärane kollektsioon, sealhulgas Ghirlandaio Giovanna Tornabuoni portree ja Carpaccio "Noor rüütel maastikul". Düreri, Caravaggio, Rubensi, Frans Halli ja Canaletto teosed aitavad jälgida Euroopa kunsti arengut 16. ja 18. sajandi vahel.
Muuseumikülastus pakub suurepärase võimaluse uurida nii maastiku- kui ka žanrikunsti, kahte maalitüüpi, mis olid eriti populaarsed 17. sajandi Hollandi koolkonnas ja 19. sajandi Ameerika kunstnike seas. Need maalid inspireerisid ka romantilisi maalikunstnikke, nagu Friedrich, impressioniste, nagu Monet ja Degas, ja postimpressioniste, nagu Gauguin ja Van Gogh, kes kõik on esindatud muuseumi kollektsioonis.
Samuti on seal esindatud olulised 20. sajandi avangarditeosed: fauvism, ekspressionism, sürrealism, abstraktsioon ja popkunst. Mõned neist on Picasso "Harlekiin peegliga", Kandinski "Pilt kolme laiguga, nr 196", Dali "Unenägu, mille põhjustas mesilase lendamine granaatõuna ümber sekund enne ärkamist", Chagalli "Kukk", Hopperi "Hotellituba" ja Lichtensteini "Naine vannis".
Thyssen-Bornemisza kollektsioon on jaotatud teisele korrusele, kus asuvad vanad meistrid kuni 19. sajandi alguseni, ning esimene korrus on pühendatud moodsate meistrite loomingule impressionismist kuni 20. sajandini.
Muuseumi esimesel korrusel, millel on oma sissepääs peasaali alguses, asub uus installatsioon, mis sisaldab 180 teost Carmen Thysseni kollektsioonist.
Heinrich Thyssen-Bornemisza alustas kunstiteoste kogumist 1920. aastatel. Kasutades ära Ameerika Ühendriikide suure kriisi aega, ostis ta maale üsna madalate hindadega. Finantsprobleemide tõttu nõustusid nende omanikud isegi kõige ebasoodsamate müügitingimustega.
