XV^e siècle et XVI^e siècle

• La peinture italienne de la Renaissance est illustrée par quelques grands noms comme celui du Pérugin (3 peintures issues de la prédelle d'un retable démembré), de Véronèse (Saint-Barnabé guérissant les malades et Le Christ arrêtant la peste à la prière de la Vierge, de Saint Jean-Baptiste, de Saint Roch et de Saint Sébastien), Giampietrino, Jacopo Bassano, Lavinia Fontana, Palma le Jeune (Le Couronnement d'épines) ou encore Annibale Carracci (Autoportrait).
• Pour la peinture des écoles françaises, flamandes et hollandaises, se distinguent des œuvres de Gérard David (La Vierge entre les vierges), Louis Bréa, François Clouet, Pieter Aertsen, Maarten de Vos (6 panneaux faisant partie de la Suite d'Eliézer et Rébecca), Abraham Bloemaert.

• XVe et XVIe siècles
• 
  Gérard David, La Vierge entre les vierges (1509).
• 
  François Clouet, Le Bain de Diane (~1558).

XVII^e siècle

La peinture du XVII^e siècle est l'un des points forts de la collection tant par le nombre, la qualité et la diversité des œuvres présentées qui reflètent la production de toutes les grandes écoles européennes de peinture du siècle :

• La peinture du siècle d'or espagnol est présente avec justement un chef-d'œuvre de Vélasquez (Démocrite) dont les tableaux sont si rares en France, et des peintures de Jusepe de Ribera et Francisco de Herrera le Vieux entre autres.
• La peinture italienne est bien illustrée avec ici encore un autre chef-d'œuvre, celui du Caravage, avec son Christ à la colonne. On retrouve aussi pour l'art d'Italie des peintures du Guerchin, de Bernardo Strozzi, Sisto Badalocchio, Daniele Crespi (Le Christ mort soutenu par un ange), Mattia Preti, Carlo Maratta (Amours jouant avec des guirlandes de fleurs, peint en collaboration avec Mario Nuzzi), Giuseppe Recco, Michelangelo Cerquozzi (deux natures mortes) ou encore de Luca Giordano (Le Bon Samaritain), etc.
• La peinture française est amplement représentée, notamment avec des peintres célèbres originaires de Normandie comme Nicolas Poussin (avec Vénus montrant ses armes à Énée, Saint Denis l'Aréopagite et L’orage) ou Jean Jouvenet (La Présentation de Jésus au temple). On retrouve également les noms de Philippe de Champaigne, Simon Vouet (Saint Louis enlevé au ciel), Pierre Mignard, Nicolas Régnier (Saint Sébastien soigné par Irène), Matthieu Le Nain, Claude Vignon, Jacques Blanchard, Jacques Stella (Sainte Anne conduisant la Vierge au temple), Sébastien Bourdon, Laurent de La Hyre (La Descente de Croix), Eustache Le Sueur, Charles Le Brun, Noël Coypel, Joseph Parrocel, Charles de La Fosse, Nicolas de Largillierre, Louis de Boullogne (Cérès), François de Troy etc.
• La peinture flamande et hollandaise du siècle d'or est à l'honneur avec de nombreuses œuvres des différents genres pratiqués à l'époque (peintures religieuses flamandes, natures mortes hollandaises, scènes de genre, paysages, portraits) avec Pierre-Paul Rubens (L'Adoration des bergers), Antoine van Dyck (Portrait d'une dame), Judith Leyster (Le Tour de cartes), Jan Lievens, Jan van Goyen (quatre tableaux de marines), Gabriel Metsu, Gerard ter Borch, Jan Steen, Nicolaes Berchem (Concert sur une place publique), Cornelis Norbertus Gysbrechts (Trompe-l'œil au carnet de dessins), Willem Kalf (Nature morte à la gourde renversée), Otto Marseus van Schrieck, Jan Davidsz de Heem, Thomas de Keyser, Leonard Bramer, David Teniers le Jeune ou encore Matthias Stom.
• Enfin un rare exemple de peinture anglaise du XVII^e siècle est conservé au musée avec le tableau de John Michael Wright représentant Henry Arundel et sa femme Cecily au pied de la croix, autrefois au couvent des Gravelines à Rouen et ayant fait l'objet d'un transfert.

• Peintures du XVIIe siècle
• 
  Le Caravage, Le Christ à la colonne, 1607.
• 
  Rubens, L'Adoration des bergers, 1615.
• 
  Diego Velázquez, Démocrite, 1629.
• 
  Simon Vouet, Saint Louis enlevé au ciel, (1642-43)

XVIII^e siècle

• La peinture française est bien représentée pour ce siècle également, notamment à travers des scènes de genres mais aussi le paysage, le portrait et les scènes religieuses et historiques, et cela des temps du rococo jusqu'au développement du néo-classicisme. On peut ainsi voir des œuvres de peintres tels que Hyacinthe Rigaud, Alexandre-François Desportes, François Boucher (Le Mariage de Psyché et de l'Amour), Jean-François de Troy, Jean-Baptiste Oudry (Chasse au chevreuil), Carle Van Loo (Vierge à l'Enfant, 1738), Charles-Joseph Natoire, Jean-Marc Nattier, Nicolas Lancret (Les Baigneuses), Jean-Honoré Fragonard (Les Blanchisseuses), Hubert Robert (Monuments et ruines à la colonne), Claude Joseph Vernet, Joseph-Marie Vien, Jean-Baptiste-Marie Pierre (La Fuite en Egypte) ou encore François-André Vincent.
• Pour la peinture italienne, on retrouve entre autres les vénitiens Francesco Guardi (Architecture de fantaisie : villa avec terrasse et jardin) et Pietro Longhi, Giovanni Paolo Panini et le napolitain Gaspare Traversi (La Partie de cartes et Le Concert).

Peintures du XVIIIe siècle :

• 
  Jean-Baptiste Oudry, Chasse au chevreuil, 1725.
• 
  Carle van Loo, Vierge à l'enfant, 1738.
• 
  François Boucher, Le Mariage de Psyché et de l'Amour, 1744.

XIX^e siècle

La peinture française du XIX^e siècle, alors prédominante sur la scène européenne par son influence et ses innovations, est l'autre point d'orgue des collections du musée des Beaux-Arts, notamment pour la période impressionniste, quand la Normandie et Rouen attiraient de nombreux peintres d'avant-garde :

• La première tranche du siècle comprend des peintures d'Élisabeth Vigée Le Brun, Jacques-Louis David, Joseph-Désiré Court (Le Martyre de sainte Agnès), Jean-Auguste-Dominique Ingres (Portrait de Madame Aymon, dite « la Belle Zélie »), Louis-Léopold Boilly, Eugène Delacroix (La Justice de Trajan, Portrait de Delacroix, peintre et Ruines de la chapelle de l’abbaye de Valmont), Théodore Chassériau et Jean-Baptiste Camille Corot (Un matin à Ville-d'Avray, l'étang au bouleau devant les villas notamment), Jean-François Millet… Théodore Géricault, natif de Rouen, est présent avec un ensemble exceptionnel de 11 peintures dont Cheval arrêté par des esclaves et Morceaux anatomiques.

• XIXe siècle (début)
• 
  Charles Marie Bouton, Chapelle du Calvaire dans l'église Saint-Roch, 1817.
• 
  Théodore Géricault, Cheval arrêté par des esclaves, 1817.
• 
  Théodore Géricault, Cheval arabe gris-blanc, avant 1824.
• 
  Paul Delaroche, Jeanne d’Arc est interrogée par le cardinal de Winchester dans sa prison, 1824.

• Les développements de la peinture impressionniste, du symbolisme puis des courants dits post-impressionnistes sont illustrés avec les plus grands noms et des œuvres majeures. Claude Monet, qui peignit sa vie durant la vallée de la Seine de Giverny jusqu'au Havre, est présent avec pas moins de onze peintures dont La Cathédrale de Rouen, le portail et la tour d'Albane, temps gris, issue de la célèbre série des vues de la cathédrale de Rouen. On retrouve également Gustave Caillebotte, avec la célèbre toile Dans un café, Johan Barthold Jongkind, Eugène Boudin, Edgar Degas, Henri Fantin-Latour, Pierre Puvis de Chavannes, Gustave Doré, Gustave Moreau, Alfred Sisley avec dix peintures, Armand Guillaumin, Clémentine Ballot, Auguste Renoir, Camille Pissarro, Albert Lebourg, Félix Vallotton, Louise Catherine Breslau (avec l'œuvre Chez soi ou Intimité^[11]) et bien d'autres peintres encore.

• XIXe siècle (fin)
• 
  Alfred Sisley, La Place du Chenil à Marly, effet de neige, 1876.
• 
  Alfred Sisley, L'Inondation à Port-Marly, 1876.
• 
  Monet, La Rue Saint-Denis, 1878.
• 
  Claude Monet, La Seine à Port-Villez, 1894.
• 
  Louise Catherine Breslau, Chez soi, 1885.

XX^e siècle

La peinture du XX^e siècle est riche d'œuvres de peintres français mais également étrangers. La famille d'artiste des Duchamp est bien représentée avec des œuvres de Marcel Duchamp (La Boîte-en-valise) et Jacques Villon (9 peintures). On retrouve aussi pas moins de 8 toiles de Raoul Dufy. Les autres artistes présents sont notamment Jacques-Émile Blanche (importante donation de toiles dont Le groupe des six), Édouard Vuillard, Maximilien Luce, André Derain, Othon Friesz, Amedeo Modigliani (3 portraits), František Kupka, Maurice Denis, Albert Gleizes, Roger de La Fresnaye (homme assis), Jean Metzinger ainsi que Jean Dubuffet, Maria Helena Vieira da Silva, Georges Breuil ou encore Alfred Manessier. Les peintres post-impressionnistes de l'École de Rouen sont présents en nombre dans les collections : Robert Antoine Pinchon, Marcel Couchaux, Narcisse Guilbert, Maurice Louvrier, Franck Innocent, Pierre Gautiez, Christian Sauvé, etc.

• XXe siècle
• 
  Robert Antoine Pinchon, Péniche dans la brume, 1909.
• 
  Modigliani, Paul Alexandre devant un vitrage, 1913.
• 
  Roger de La Fresnaye, Homme assis, 1914.