विलेहर्मोस पैलेस में थिसेन-बोर्नमिसज़ा संग्रहालय, प्राडो संग्रहालय और रानी सोफिया कला केंद्र के साथ मिलकर तथाकथित कला त्रिभुज से संबंधित है। यह बैरन हेनरिक थिसेन-बोर्नमिस्ज़ा और उनके बेटे हंस हेनरिक के संग्रह से पेंटिंग प्रस्तुत करता है।थिसेन-बोर्नमिस्ज़ा का संग्रह उन क्षेत्रों में विशेष रूप से चमकता है जिनका अन्य स्पेनिश संग्रहालयों में कम प्रतिनिधित्व है। ट्रेसेन्टो (इतालवी 14वीं शताब्दी) की पेंटिंग, जैसे ड्यूकियो डि बुओनिनसेग्ना की क्राइस्ट एंड द सेमेरिटन वुमन, और जान वान आइक की द एनाउंसमेंट डिप्टीच ग्रिसेल जैसी प्रारंभिक नीदरलैंड के कलाकारों की कृतियाँ संग्रहालय के उत्तरार्ध की मध्ययुगीन कला के बेहतरीन उदाहरण हैं। संग्रहालय में 15वीं शताब्दी के चित्रों का एक उत्कृष्ट संग्रह भी है, जिसमें घिरालंडियो द्वारा जियोवाना टोर्नबुओनी और कार्पेस्को द्वारा यंग नाइट इन ए लैंडस्केप में से एक शामिल है। ड्यूरर, कारवागियो, रूबेन्स, फ्रैंस हेल्स और कैनेलेटो की कृतियाँ हमें 16वीं और 18वीं शताब्दी के बीच यूरोपीय कला के प्रक्षेप पथ का पता लगाने में मदद करती हैं।संग्रहालय की यात्रा परिदृश्य और शैली कला दोनों का अध्ययन करने का एक अद्भुत अवसर प्रदान करती है, दो प्रकार की पेंटिंग जो 17 वीं शताब्दी के डच स्कूल और 19 वीं शताब्दी के अमेरिकी कलाकारों के बीच विशेष रूप से लोकप्रिय थीं। इन चित्रों ने फ्रेडरिक जैसे रोमांटिक चित्रकारों, मोनेट और डेगास जैसे प्रभाववादियों और गौगुइन और वान गाग जैसे पोस्ट-इंप्रेशनवादियों को भी प्रेरित किया, जिनमें से सभी को संग्रहालय के संग्रह में दर्शाया गया है।इसमें 20वीं सदी के महत्वपूर्ण अवंत-गार्डे कार्य भी शामिल हैं: फ़ौविज़्म, अभिव्यक्तिवाद, अतियथार्थवाद, अमूर्तता और पॉप कला। पिकासो द्वारा हार्लेक्विन विद अ मिरर, कैंडिंस्की द्वारा पिक्चर विद थ्री स्पॉट्स, नंबर 196, डाली द्वारा वेकिंग से एक सेकंड पहले अनार के चारों ओर एक मधुमक्खी की उड़ान के कारण सपना, चैगल द्वारा द कॉक, हॉपर द्वारा होटल रूम और लिचेंस्टीन द्वारा वुमन इन बाथ उनमें से कुछ हैं।थिसेन-बोर्नमिसज़ा संग्रह दूसरी मंजिल के चारों ओर फैला हुआ है, जहां 19वीं सदी की शुरुआत तक के पुराने मास्टर पाए जाते हैं, और पहली मंजिल प्रभाववाद से लेकर 20वीं सदी तक के आधुनिक मास्टर्स के काम के लिए समर्पित है।संग्रहालय के भूतल पर, मुख्य हॉल की शुरुआत में अपने स्वयं के प्रवेश द्वार के साथ, कारमेन थिसेन संग्रह से 180 कार्यों की नई स्थापना की गई है।हेनरिक थिसेन-बोर्नमिस्ज़ा ने 1920 के दशक में कलाकृतियाँ एकत्र करना शुरू किया। संयुक्त राज्य अमेरिका में महान संकट की अवधि का लाभ उठाते हुए, उन्होंने काफी कम कीमतों पर पेंटिंग खरीदीं।वित्तीय समस्याओं के कारण, उनके मालिक सबसे प्रतिकूल बिक्री शर्तों पर भी सहमत हुए।
