A colecção do Museu Arpad Szenes-Vieira da Silva reúne um significativo núcleo de pintura e desenho, que cobre um vasto período da produção dos dois artistas: de 1911 a 1985 para Arpad Szenes, e de 1926 a 1986 para Vieira da Silva. O núcleo de gravura da artista inclui também obras de 1990 e 1991, um ano antes da sua morte.
A colecção de obras de arte do Museu incorpora ainda obras de artistas contemporâneos do casal, seus amigos, admiradores ou discípulos - no caso de Arpad Szenes, donde se destaca um conjunto de obras de artistas portugueses, na sua maioria em início de carreira.
A colecção integra ainda edições especiais ilustradas por Arpad Szenes e Vieira da Silva, um importante núcleo de fotografia proveniente do arquivo pessoal dos artistas e um fundo epistolográfico de cerca de 4 000 itens que remonta aos anos 1930, data coincidente com a ida de Vieira da Silva para Paris e posterior casamento com Arpad Szenes e engloba a correspondência do casal Szenes com artistas e intelectuais portugueses e estrangeiros ao longo de décadas.
A colecção de obras de arte do museu pode ser agrupada segundo três grandes núcleos, relativamente à data e tipo de incorporação.
Um primeiro conjunto que engloba o maior volume de obras dos artistas, cerca de 3 200 peças de desenho, pintura e gravura, doadas por Maria Helena Vieira da Silva à Fundação Calouste Gulbenkian, em 1987, ainda o Museu dedicado à sua obra e à de Arpad Szenes não passava de uma ideia/projecto. Esta doação tinha por condição serem todas estas obras depositadas num futuro Museu Arpad Szenes-Vieira da Silva, devendo anexar-se-lhe um conjunto de 71 obras de artistas portugueses da colecção privada da artista.
O segundo grupo de obras a dar entrada no Museu é composto por vinte obras de Arpad Szenes e dezoito obras de Vieira da Silva, seleccionadas pela própria e reiteradas em testamento, destinadas ao Estado Português e negociadas entre os Governos de França e Portugal. Estas obras chegaram a Portugal apenas em Agosto de 1994 e integraram de imediato a colecção do Museu.
O terceiro núcleo, e um dos mais representativos pela sua importância e valor, é constituído por um conjunto de obras de privados, instituições ou coleccionadores particulares, colocado em depósito no Museu à data da abertura do mesmo, em Novembro de 1994 ou posteriormente. Destacam-se neste conjunto as obras do coleccionador Jorge de Brito, hoje propriedade do seus herdeiros, que é sem dúvida uma das maiores e mais destacadas colecções de Vieira da Silva, reunindo cerca de dezasseis pinturas incontornáveis no percurso da pintora. De relevo são também as obras de Centro de Arte Moderna da Fundação Calouste Gulbenkian, em depósito no Museu, as do Metropolitano de Lisboa e de alguns coleccionadores particulares, patentes na colecção permanente do Museu.
