В 1890 году в Перми был создан Научно-промышленный музей, при котором в 1902 году открылся художественный отдел. К 1907 году в собрании отдела числились работы профессора Академии художеств, исторического живописца Василия Верещагина и его брата Петра Верещагина, подаренные родной Перми. В отдел поступали работы выдающихся русских художников (Николай Гущин, братья Александр и Павел Сведомские и др.), что и послужило основой формирования коллекций будущего Художественного музея, открывшегося 7 ноября 1922 года.
Важнейшая часть коллекции музея формировалась благодаря его основателям, исследователям истории культуры Пермского края Александру Сыропятову и Николаю Серебренникову.
В 1920-е годы коллекция музея пополнялась за счёт Государственного музейного фонда, созданного в результате национализации частных собраний и за счет расформирования многих московских музеев. В период Великой отечественной войны в здании галереи разместились на хранение коллекции Государственного Русского музея, также там находилась мастерская по изготовлению агитационных плакатов, руководителем которой был директор Николай Серебренников. Многие из этих плакатов вошли в коллекцию.
Также фонд музея систематически пополнялся за счёт экспедиций. Так были собраны предметы народного искусства Пермского края: народная икона, костюм, керамика, ткачество, роспись по дереву, деревянная скульптура.
Коллекции Пермской государственной художественной галереи насчитывают около 50000 единиц хранения. В них входят произведения отечественного, западноевропейского искусства различных художественных школ, стилей и направлений XV–XX веков. Огромное значение галерея придает образовательной и просветительской деятельности, постоянно внедряет новые авторские программы, работает с людьми с ограниченными возможностями здоровья.
Здание кафедрального Спасо-Преображенского собора, в котором с 1932 года располагалась галерея, является памятником архитектуры XIX века. Это редкий случай, когда здание Кафедрального собора так долго использовалось не религиозной организацией. В декабре 2011 года Росимуществом по Пермскому краю было подписано распоряжение о передаче Спасо-Преображенского собора в собственность Пермской епархии РПЦ. По взаимной договорённости, художественная галерея обещала до 2016 года освободить здание собора, временно переместив все свои музейные экспонаты в соседнее здание бывшего ракетного училища.
