L'attuale edificio che la ospita, il Palazzo delle Belle Arti (vicino al Museo Etrusco di Villa Giulia), fu progettato dall'architetto Cesare Bazzani e completato tra il 1911 e il 1915. Il progetto dell’edificio intende evocare un “tempio dell’arte” con una scalinata monumentale di accesso al pronao del corpo centrale, fiancheggiato da due lunghe ali laterali scandite da lesene. Un disegno architettonico nitido e sobrio, percorso nella fascia superiore da tre fregi ad altorilievo: Il corteo della Bellezza e della Forza di Ermenegildo Luppi a sinistra; Il corteo della Vita e del Lavoro di Adolfo Laurenti a destra; L’artista e le battaglie artistiche di Giovanni Prini al centro, all’interno del pronao. Le quattro sculture di coronamento rappresentano L’Architettura e La Pittura (a sinistra); La Scultura e La Decorazione (a destra).

Il museo, ampliato da Bazzani nel 1934 e dagli architetti Diener & Diener nel 2000, ospita circa 1100 dipinti e sculture del XIX e del XX secolo, la più grande collezione di questo genere in Italia. Tra gli artisti italiani rappresentati vi sono Giacomo Balla, Umberto Boccioni, Alberto Burri, Antonio Canova, Giorgio de Chirico, Lucio Fontana, Amedeo Modigliani, Giacomo Manzù, Vittorio Matteo Corcos e Giorgio Morandi.

Il museo ospita anche opere di artisti stranieri, come Braque, Calder, Cézanne, Degas, Duchamp, Giacometti, Kandinsky, Mondrian, Monet, Jackson Pollock, Rodin e Van Gogh.

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