Музей изобразительных искусств в Нижнем Тагиле расположен в трёх исторических зданиях в центре города. Основное здание, построенное в 1865 году в купеческом стиле, принадлежало тагильскому купцу П. Т. Аксёнову. Здесь находятся основные выставочные залы и администрация музея. Рядом с ним расположен небольшой сад с парковыми скульптурами. Здание имеет три этажа, а на крыше над главным залом установлен стеклянный купол для дополнительного освещения.

После войны здание было расширено за счёт двухэтажной пристройки, также оснащённой стеклянным куполом. Перед входом в музей установлена скульптура «Городской ангел» работы Александра Иванова, изображающая мужчину с крыльями и собачкой у ног.

Через дорогу от основного здания находится второй корпус музея, где размещаются студии художников и скульпторов. Это здание выполнено в русском стиле и напоминает Русский музей в Москве. Оно является памятником культуры регионального значения.

Рядом с корпусом студий расположено здание Союза художников Нижнего Тагила. Также возле основного здания музея находится библиотека, размещённая в бывшем жилом доме.

Неподалёку расположены Демидовские провиантские склады XVIII века, где находятся Музей природы и охраны окружающей среды, а также Музей «Фондохранилище». Рядом установлен памятник танку Т-34. Вблизи находятся Нижнетагильский историко-краеведческий музей и управление «Музеем-заповедником „Горнозаводской Урал“». Между этими объектами расположена экспозиция старинной заводской техники. Возле второго корпуса музея находится Музей «Дом редкой книги».

Все эти здания и объекты составляют единый музейный комплекс.

Основное здание музея изначально использовалось как продовольственный склад и принадлежало роду Аксёновых до революции. После 1917 года здесь разместили молодёжный клуб. Второй корпус музея ранее был городским училищем.

Создание музея связано с эвакуацией в годы Великой Отечественной войны представителей интеллигенции и произведений искусства из блокадного Ленинграда и оккупированной Украины. В это время в Нижнем Тагиле открылись театр кукол, художественное училище и музей, который тогда назывался «Областной Картинной галереей». В 1943 году была проведена первая художественная выставка, что послужило основой для создания музея, открывшегося 30 сентября 1944 года.

В 1955 и 1963 годах здание музея закрывалось на реконструкцию, после которой его площадь увеличилась в полтора раза.

Сегодня коллекция музея насчитывает около 10 000 произведений русского и западноевропейского искусства с XVI по XXI век. Здесь представлены работы известных русских художников, таких как Боровиковский, Тропинин, Крамской, Шишкин, Саврасов, Маковский, Левитан, Репин и другие. В музее также хранятся произведения эпохи Возрождения, включая «Тагильскую Мадонну», приписываемую Рафаэлю Санти.

Основное внимание в собирательской деятельности музея уделяется отечественному искусству XX века, особенно произведениям художников Нижнего Тагила, Москвы и Санкт-Петербурга. Важными являются мини-коллекции в рамках проектов «Возвращенное имя» и «Художники-узники совести», удостоенные премии на фестивале «Интермузей-2009».

Коллекция музея включает работы уральских и тагильских художников, таких как Туржанский, Антонов, Бернгард, Брусиловский, Волович и другие. Эти произведения отражают развитие искусства Урала и «Тагильской школы».

Музей активно проводит выставки, знакомя зрителей с произведениями тагильских художников и мастеров Тагильского подноса. С 1967 года здесь проходят выставки детского творчества. Музей также занимается просветительской и реставрационной деятельностью, за которую получил премию на фестивале «Интермузей-2008». В 2010 и 2011 годах музей стал победителем грантового конкурса Благотворительного фонда В. Потанина, реализовав проекты «Солдаты. Soldaten. Soldiers» и «Исконный свет Салафиила».