Помощь в создании первого в России не областного художественного музея оказал маршал Георгий Константинович Жуков, который в 1943 году был депутатом по Уральскому округу — к нему и обратились с просьбой художники. Особенность создания музея была в том, что создан он был, что называется «на пустом месте» — изначально не было какой-либо ранее бытовавшей коллекции, как у большинства художественных музеев.
Основой стала значимая для военных лет передвижная выставка «Урал — кузница оружия», экспонировавшаяся в залах музея в дни его открытия. Более 30 работ уральских и московских художников с выставки поступило в фонды музея. Тогда же были переданы 17 произведений из Государственного Русского музея, три работы из Государственной Третьяковской галереи, и из Государственной Закупочной комиссии — всего 73 произведения.
Впоследствии в собрание нового музея была передана художественный часть Нижнетагильского краеведческого музея. Так в музей поступили произведения выдающихся русских художников XVIII — начала XX вв. — В. Боровиковского, В. Тропинина, работами передвижников И. Крамского, И. Шишкина, А. Саврасова, В. Маковского, И. Левитана, И. Репина, В. Верещагина, А. Рябушкина, В. Поленова, В. Раева, Б. Виллевальде, И. Айвазовского, К. Коровина, Б. Кустодиева, З. Серебряковой, Е. Лансере и др. мастеров. Неизменный интерес у зрителей вызывает и произведение В. Худоярова, представителя знаменитой фамилии тагильских художников, больше известных как мастеров подносного промысла.
Сегодня коллекция Нижнетагильского музея изобразительных искусств составляет почти 10 000 произведений русского и западно-европейского искусства XVI — начала XXI веков.
