Die noch junge Sammlung Marta beinhaltet zirka 350, vielfach großformatige Werke zeitgenössischer Kunst. Dem Museumsprogramm entsprechend umfasst sie herausragende Arbeiten, die sich auch mit Fragen zu Design und zu Architektur beschäftigen. Ihr prägender Bestandteil sind viele großformatige und raumbezogene Werke, wie Panamarenkos „Papaver“, Cai Guo-Qiangs „Flying Carpet“ oder Reinhard Muchas „Halver. Das Brot der frühen Jahre“, die mit dem Gehry-Gebäude eine besondere Beziehung eingehen.