A coleção de pintura do Museu compreende um núcleo inicial oriundo da Colegiada de Nossa Senhora da Oliveira, um grupo de pinturas transferidas de extintos conventos ou de capelas da região e alguns depósitos feitos em data ulterior.

O núcleo da Colegiada reunia retábulos ou painéis que as sucessivas reformas do interior da Igreja e do claustro iam retirando dos locais originais e outras pinturas que se encontravam escondidas e abandonadas, como por exemplo, o Tríptico da Lamentação e a Nossa Senhora com o Menino.

Entre 1929 e 1940, dão entrada no Museu de Alberto Sampaio um grupo de obras pictóricas quase todas provenientes de antigos conventos ou de capelas dependentes da Colegiada que haviam transitado para a posse do Estado. Neste grupo incluem-se, por exemplo, as tábuas de Nossa Senhora do Leite entre São Bento e São Jerónimo e um São Miguel, provenientes da Igreja de São Miguel do Castelo e um São Gregório Magno da paroquial de São Cipriano de Tabuadelo.

No que se refere ao núcleo de depósitos, pode-se mencionar dois exemplos: a Câmara Municipal de Guimarães depositou no Museu o Pentecostes, que integrara o pequeno oratório da antiga Casa da Câmara, e o Museu Nacional de Arte Antiga depositou uma tábua do século XVI, da autoria de Frei Carlos, figurando São Vicente, São Martinho e São Sebastião, que havia pertencido ao Mosteiro de Santa Marinha da Costa.

Fazendo contraponto com a pintura sobre tábua, expõe-se também a escultura, em pedra ou em madeira, datada dos séculos XIV a XVII, sendo uma parte significativa destas peças oriunda da Colegiada de Guimarães ou de outras instituições religiosas da cidade.