1897 wurde mit der Eröffnung des Kaiser Wilhelm Museums der erste Baustein der Kunstmuseen Krefeld gelegt.

Gründungsdirektor Friedrich Deneken förderte ganz im Geiste der Reformbewegung um die Jahrhundertwende die Verbindungen zwischen Kunst und Alltagskultur. Das Kaiser Wilhelm Museum etablierte sich bald als eines der fortschrittlichsten Institute für Kunst und Kunstgewerbe in Deutschland und wurde zum stilbildenden Knotenpunkt zwischen bildender und angewandter Kunst, Gewerbe und Bürger:innen. Deneken baute eine umfangreiche Sammlung angewandter Kunst auf, die schon zu Beginn durch Gemälde und Skulpturen ergänzt wurde. Den Grundstock der älteren Sammlung bilden zahlreiche Schenkungen und Stiftungen aus der Anfangszeit des Museums. Dazu gehören Werke aus dem Bestand des ehemaligen Museumsvereins, der seit seiner Gründung 1883 nicht nur kunsthandwerkliche Arbeiten, sondern auch diverse Gemälde des 16. bis 19. Jahrhunderts aus dem Besitz seiner Mitglieder für das neue Museum zusammengetragen hatte. Hinzu kamen einzelne Stiftungen und Ankäufe verschiedener privater Sammlungen, zum Beispiel die Sammlung Oetker mit der Anbetung von Aertgen van Leyden (1536) oder die Sammlung Kramer mit mittelalterlichen Skulpturen vom Niederrhein. Einen weiteren Schwerpunkt bilden die Gemälde des 19. Jahrhunderts mit Werken von Franz von Lenbach, Johann Wilhelm Schirmer, Hans Thoma, Adolf Höninghaus und verschiedenen Künstlern der Düsseldorfer Malerschule gehören, darunter auch der berühmte Schadowkreis, ein Gemeinschaftsbild von fünf Malern, entstanden 1830 in Rom.

Mit der Marmorskulptur Eva von Auguste Rodin wurde im Jahr 1900 das erste wichtige Werk der Moderne für die Sammlung erworben.

1907 folgte Das Parlamentsgebäude in London (1904) von Claude Monet. In den 1920er Jahren entwickelte sich das Museum unter Direktor Max Creutz endgültig zu einem Ort der bildenden Künste mit einem deutlichen Schwerpunkt im Bereich der Moderne. In der Zeit des Nationalsozialismus wurde die moderne Sammlung 1937 durch Beschlagnahmungen im Rahmen der Aktion „Entartete Kunst“ auseinandergerissen. Nur einzelne Werke verblieben durch Zufall im Museum oder kehrten nach 1945 zurück, zum Beispiel Heinrich Campendonks Pierrot mit Sonnenblume (1925) und das Gemälde Kuhmelken (1913) von Emil Nolde. Nach 1945 konnten einige Lücken durch Ankäufe geschlossen werden. Neben wichtigen Einzelwerken umfasst die Sammlung heute eine Gruppe mit Werken der deutschen Impressionisten Max Slevogt, Lovis Corinth und Max Liebermann. Hinzu kommen Arbeiten des Expressionismus, darunter Gemälde von Karl Schmidt-Rottluff, Ernst Ludwig Kirchner und Erich Heckel, sowie die Künstlervereinigung „Der Blaue Reiter“ mit Werken von Wassily Kandinsky, Alexej von Jawlensky sowie einer kompletten Werkgruppe des aus Krefeld stammenden Malers Heinrich Campendonk. Einen weiteren Höhepunkt bildet die Gruppe der konstruktivistischen Arbeiten von Piet Mondrian, Theo van Doesburg und László Moholy-Nagy. Seit 2018 besitzen die Kunstmuseen Krefeld das umfangreichste Konvolut an Originalwerken Sonia Delaunays in Deutschland.

In der Zeit des Umbruchs und Neubeginns nach dem zweiten Weltkrieg wandte sich das Haus den gegenwärtigen Strömungen der abstrakten Malerei, Nouveau Realisme, Arte Povera, Zero und Kinetik zu.

Seit 1955 wird Haus Lange und seit 1981 Haus Esters als Ausstellungshalle für zeitgenössische Kunst durch die Kunstmuseen Krefeld genutzt. Mit zwei fulminanten Präsentationen im Museum Haus Lange erregten die Krefelder Museen erste internationale Aufmerksamkeit: 1960 ließ Jean Tinguely seine mechanischen Maschinenwesen in den Räumen rattern und stampfen. 1961 war es Yves Klein, der in seiner ersten musealen Ausstellung einen Überblick über sein noch junges Gesamtwerk gab. Um die Mitte der 1960er Jahre bereichert die amerikanische Pop Art mit Künstler:innen wie Robert Rauschenberg, Robert Indiana und Andy Warhol das Programm und die Sammlung des Museums.

1969 machte die heute legendäre Ausstellung When attitudes become form, kuratiert von Harald Szeemann, Station in Krefeld. Damit rückte die damals völlig neue Minimal Art, Concept Art und Land Art ins Zentrum des Interesses. In den 1970er Jahren hatten das Architektenkollektiv Haus Rucker Co und Künstler:innen wie Hans Haacke, Christo oder Claes Oldenburg spektakuläre Ausstellungen in den beiden Villen.

In den 1980er und 1990er Jahren traten europäische Positionen, besonders auch die Künstler:innen der Düsseldorfer Akademie in den Vordergrund. So gelangten Skulpturen von Katharina Fritsch, Thomas Schütte, Franz Erhard Walther oder Reinhard Mucha sowie Malerei von Gerhard Richter und Sigmar Polke in die Sammlung. Bis heute sammeln die Kunstmuseen Krefeld aktuelle internationale Positionen der Gegenwartskunst von Allora & Calzadilla und Allan Uglow über Elmgreen & Dragset bis zu Jasmina Cibic und Christian Falsnaes.

In den 1980er Jahren etablierte sich die Fotografie als eigenständige Kunstform.

Der Nähe zu Düsseldorf, wo Bernd und Hilla Becher die erste Fotoklasse in Deutschland leiteten, ist es zu verdanken, dass ein großes Konvolut von Arbeiten der Bechers und ihrer Schüler:innen Andreas Gursky, Candida Höfer, Thomas Ruff, Thomas Struth und Volker Döhne die Sammlung bereichert. Werke aus der Essener subjektiven Fotografie-Schule wie auch Einzelpositionen erweitern den fotografischen Teil der Sammlung. Auch die frühe Geschichte der Videokunst mit ihren Querbezügen zum Format Fernsehen sowie die Entstehung zentraler Werke der Land Art und Concept Art lassen sich in der Sammlung nachvollziehen. Die Kunstmuseen Krefeld waren eines der ersten Museen in Deutschland, das Videokunst seit den frühen 1970er Jahren sammelte.

Seit der Intervention von Yves Klein im Jahr 1961 setzen sich Künstler:innen mit der besonderen Architektur und Geschichte der Häuser Lange und Esters auseinander und entwickeln ortsspezifische Arbeiten, darunter Jan Dibbets, Sol LeWitt, Richard Long, Christo oder Fred Sandback. In jüngerer Zeit sind es Künstler:innen wie John Baldessari, Elmgreen & Dragset, Alicja Kwade, David Reed oder Jasmina Cibic, die die Tradition fortsetzen.

Fest mit dem Kaiser Wilhelm Museum verankert sind die beiden Künstlerräume von Joseph Beuys mit dem Hauptwerk Barraque d’dull odde, denen der Künstler 1984 ihre endgültige Gestalt gab. Johan Thorn Prikker, der Lehrer von Albers, Campendonk und Macke, war schon seit 1903 mit dem Kaiser Wilhelm Museum eng verbunden. In einem Saal des Museums schuf er 1923 die monumentale Wandmalerei Lebensalter. Im Haus Lange ist bis heute Yves Kleins 1961 geschaffene Arbeit Le Vide, der Raum der Leere erhalten. Das Künstlerduo Elmgreen & Dragset schuf 2017 die ortsspezifische Installation Dark room in der ehemaligen Dunkelkammer des Hauses, die ebenfalls als permanentes Werk für Haus Lange erworben wurde.

Kern der Sammlung und heute ihr zweites Standbein ist die angewandte Kunst. Das Kaiser Wilhelm Museum war ursprünglich als modernes Kunstgewerbemuseum geplant, das zur Förderung der lokalen kunsthandwerklichen Betriebe aktuelle Beispiele vorbildlicher künstlerischer Gestaltung sammeln und präsentieren sollte.

Schon bei der Eröffnung des Museums 1897 zeigte sich, dass der „Crefelder Museumsverein“ auch zahlreiche ältere kunstgewerbliche Objekte für das neue Museum gesammelt hatte. Seit dessen Gründung 1883 waren vor allem Möbel, Porzellan und Glas des 17. bis 19. Jahrhunderts zusammengetragen worden. Der erste Museumsdirektor Friedrich Deneken konzentrierte sich auf die zeitgenössischen Werke des Jugendstils und entwickelte in dem Zusammenhang auch ein besonderes Interesse für Ostasiatika. Neben Werken des Art Nouveau aus ganz Europa erwarb er zahlreiche Beispiele japanischer Gestaltungskunst. Seinem Nachfolger Max Creutz gelang es 1923, die mobile Vorbildersammlung des Deutschen Werkbunds, das „Deutsche Museum für Kunst in Handel und Gewerbe“ nach Krefeld zu holen. Dadurch gelangten weit über 2000 Objekte und grafische Arbeiten der wichtigsten modernen Gestalter aus der Zeit von 1900 bis 1914 in die Sammlung. Alle Gestaltungsbereiche des frühen Werkbundes sind vertreten: Fotografien moderner Architektur, Plakate, Geschäftsdrucksachen, Buchgewerbe, Glas, Keramik, Metallarbeiten, Tapeten und Textilien. Allerdings markiert diese bedeutende Erwerbung zugleich das Ende der gezielten Sammeltätigkeit im Bereich der angewandten Kunst.

Seit 2017 wird das Design wieder programmatisch in den Blick genommen und in die Gegenwart erweitert. Durch Schenkungen der bedeutenden französischen Designhersteller Domeau & Pérès (mit Objekten von Ronan & Erwan Bouroullec, matali crasset, Martin Szekely und Sophie Taeuber-Arp) und des Designers Peter Ghyczy gelangten große Konvolute von Möbeln, Prototypen und Skizzen in die Sammlung. Ein Ensemble von herausragenden Ausstellungsplakaten des italienischen Grafikdesigners AG Fronzoni konnte ebenfalls erworben werden. Die große Bedeutung des Grafikdesigns für die Kunstmuseen Krefeld spiegelt sich auch in der neuen visuellen Identität des Hauses. Sie wurden von dem international renommierten Garfikdesign-Büro Mevis & van Deursen entwickelt.