Die Sammlungen der Nationalgalerie im Hamburger Bahnhof zeichnen die künstlerischen Strömungen von 1960 bis in die Gegenwart nach. Seit der Eröffnung des Hauses im Jahr 1996 hat die Präsentation der Sammlung Marx mit Werken von u. a. Joseph Beuys, Andy Warhol, Robert Rauschenberg und Cy Twombly einen besonderen Stellenwert – neben den Beständen der Nationalgalerie mit bedeutenden Arbeiten etwa von Dieter Roth, Bruce Nauman oder Carolee Scheemann. Ausgehend von diesen Pionieren der Entgrenzung traditioneller Kunstformen legt das Museum in seinen Ausstellungen und Programmen den Schwerpunkt auf die Interdisziplinarität zeitgenössischer Kunst. Zudem zeigen die Sammlungspräsentationen auch Werke aus der Friedrich Christian Flick Collection im Hamburger Bahnhof. Die Bestände werden in thematischen Ausstellungen und in wechselnden Sammlungspräsentationen unter dem Titel „Die Sammlungen. The Collections. Les Collections“ präsentiert.

Aktuell sind folgende Sammlungspräsentationen zu sehen: 

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Skulpturen im Außenraum

Im Außenraum vor und hinter dem Museumsgebäude sind Skulpturen und installative, zum Teil begehbare Arbeiten von Hans Peter Adamski, Georg Baselitz, Elmgreen & Dragset, Tom Fecht, Urs Fischer, Robert Indiana, John Knight, Bruce Nauman und Franz West ausgestellt. Derzeit nicht zu sehen ist eine Lichtinstallation des US-amerikanischen Künstlers Dan Flavin. Die Leuchtstoffröhren mit blauem und grünem fluoreszierenden Licht entwarf Flavin 1996 eigens für die Fassade und die historischen Seitenflügel des Museums.

Eine Dauerausstellung der Nationalgalerie der Staatlichen Museen zu Berlin.