Постоянная экспозиция НГХМ | ИСКУССТВО XX ВЕКА посвящена работам, созданным в промежутке с 1900 по 1920 годы — на третьем этаже музея выставлено множество произведений знаменитых отечественных художников. Экспозиция очень интересно выстроена — у каждого зала свое цветовое решение, и переходя из зала в зал можно прочувствовать атмосферу эпохи «великого эксперимента».

В первую очередь, тут представлены художники русского авангарда — например, такие прославленные имена как Кандинский, Малевич, Ларионов, Гончарова, Лентулов, Родченко и многие другие. Это одна из наиболее значительных коллекций авангардистов среди региональных музеев страны — впервые в истории Нижегородского государственного художественного музея искусству XX века отвели собственное музейное пространство.

Кроме того, в музее регулярно проходят временные выставки, на которых представляют работы современных, преимущественно нижегородских, художников.