Le parcours débute par les primitifs et la Renaissance, avec l’Annonciation et la Nativité commandées par la reine Sanche à l’école du maître siennois Simone Martini (XIVème siècle), en regard du rare panneau du Maître de Flémalle, peintre flamand du XVème siècle. Les peintures flamande et hollandaise du XVIIème siècle sont représentées dans toute leur diversité : scènes de genre, paysages et portraits, avec notamment un Autoportrait de Rembrandt, ainsi que deux portraits peints par le jeune Rubens au retour d’un séjour italien. Viennent ensuite les collections d’œuvres italiennes du XVIIème et XVIIIème siècles : natures mortes romaines de Spadino ou Campidoglio, perspectives de Codazzi ou vedutte (vues de ville) de Gaspare Vanvitelli, peinture d’histoire du nord de l’Italie avec Daniele Crespi, grands noms de Bologne - le Guerchin - ou Venise - Giovanni Battista Piazzetta - et surtout l’école napolitaine, avec Mattia Preti.

Le XVIIème siècle : Les joueurs de cartes des frères Le Nain, que Cézanne n’a pu manquer d’admirer, les œuvres de Joseph Parrocel, mais aussi de Lubin Baugin  sont confrontées à des figures provençales, telles que Nicolas Mignard ou Pierre Puget.

Le faste et la magnificence du XVIIIème siècle :  la remarquable collection de portraits de la famille de Gueidan, peints par Rigaud, Largillière ou l’aixois Claude Arnulphy.

Autres joyaux des collections : les œuvres monumentales commandées pour le Parlement, La Justice de Trajan de Nicolas Pinson au XVIIème siècle, et la Cour des comptes, Auguste punissant les concussionnaires, de Michel-François Dandré-Bardon au XVIIIème siècle.

Au tournant des XVIIIème et XIXème siècles, un Portrait de jeune garçon de David et les œuvres de Constantin, chef de file de l’École provençale, avec ses agencements savants de rochers, cours d’eau et frondaisons.

Une salle entière est consacrée à François-Marius Granet. Elle correspond pour l’essentiel à la période romaine du peintre aixois et s’orchestre autour du Portrait du peintre F.M. Granet  par son ami Ingres. Le paysage reçoit toute l’attention de Granet et prend la forme d’une méditation sur le déclin et l’oubli dans lequel une civilisation peut sombrer.

L’École provençale est largement représentée par de fortes figures, tels L'Engalière, Loubon.

Parmi les œuvres phares du musée le Jupiter etThétis de Jean Auguste Dominique Ingres, ainsi que des œuvres rares de Duqueylard, tel que le Songe d’Ossian.

Une place toute particulière est réservée à Paul Cézanne, avec neuf tableaux mis en dépôt par l’Etat et conservés de manière permanente à Aix (le musée détient par ailleurs six aquarelles et plusieurs dessins ou gravures en réserve).

Parmi les joyaux de ses collections, le musée présente l’extraordinaire collection De Cézanne à Giacometti. Cet ensemble a été acquis dans la dernière moitié du XXème siècle par le collectionneur Philippe Meyer, qui en a fait donation à l’Etat. Hormis des œuvres de Chardin ou de Guardi et un Cézanne, la partie de cette collection dévolue au musée Granet est entièrement consacrée aux maîtres européens de l’art moderne du XXème siècle. Elle comprend un ensemble remarquable de dix-neuf œuvres d’Alberto Giacometti (peintures, sculptures, dessins) créées entre 1940 et 1969, ainsi que des œuvres de Pablo Picasso, Fernand Léger, Piet Mondrian, Paul Klee, Balthus, Giorgio Morandi, Bram van Velde, Nicolas de Staël, ou encore Tal Coat, ce natif de Bretagne, provençal d’adoption, qui marcha sur les pas de Cézanne à Aix, en établissant notamment son atelier à Château-Noir.