Численность художественной коллекции быстро возрастала, в музей поступили произведения из собрания Толстых, Молоствовых, Гер­кеных, Сазоновых. Л.В. Кекина, Е.Д. Мясникова, А.Ф. Мантеля, О.С. Александровой-Гейнс и др., уникальные произведения лицевого шитья и предметов культа из ризницы кафе­дрального Благовещенского собора, Спасского, Зилантова и Раифского монастырей. Начала складываться коллекция произведений современных казанских художников; коллекция произведений Н.И.Фешина стала самой крупной в стране.

В 1920 году, в связи с широко отмечаемым 25-летним юбилеем музея, преобразо­ванного в Центральный музей Татарской АССР, Государственным музейным фондом в Казань было передано 132 произведения художников различных творческих направ­лений и художественных объединений конца XIX - начала XX веков: Союза русских художников, «Мира искусства», «Бубнового Валета», «Голубой розы», и другие про­изведения.

Позже от Наркомпроса РСФСР и Государственного музейного фонда были переданы произведения русского искусства середины - второй половины XIX в. Таким образом, были заложены основы систематизации древнерусской, русской и западноевропейской ча­стей собрания, выделен отдел искусства местного края. Эта структура художественного отдела и поныне лежит в основе музея. Вместе с тем, в 1922 году в Казани начала ра­боту научно-художественная комиссия по учету вещей, имеющих ценность на предмет их изъятия для последующей реализации за границей.

1920-е годы отмечены в истории художественного отдела не только собирательской работой, но и интенсивной выставочной и издательской деятельностью. Были организованы монографические выставки про­изведений ведущих художников Москвы и Ленинграда: Г.С.Верейского, Д.И.Митрохина, А.П.Остроумовой-Лебедевой, К.Ф.Юона, А.И.Кравченко, Е.С.Кругликовой, Н.Н. Купреянова, А.Д.Гончарова, Н.И.Пискарева, П.А. Шиллинговского, И.Ф.Рерберга, В.Д.Замирайло, К.А.Богаевского, С.И.Лобанова, И.Н.Павлова, а также местных художни­ков – В.Э.Вильковиской, И.Н.Плещинского, Н.С.Сокольского. Оклад иконы "Явление Богоматери Сергию Радонежскому" 1812 год.

К составле­нию каталогов привлекались ведущие искусствоведы – Э.Ф.Голлербах, Ф.Ф.Нотгафт, Н.Г.Машковцев, П.Д.Эттингер и др. Изданные на высоком полиграфическом уровне на базе Полиграфшколы им. А.В.Луначарского в Казани, каталоги сохранили непреходящее научное значение и рари­тетный характер (именные и нумерованные экземпляры, иллюстрации, отпечатанные с авторских досок и т.п.).

«Выставка картин, выделенных Государственным музейным фондом Центральному музею ТАССР» (1927) и «Выставка новых поступлений художественного отдела Цен­трального музея ТАССР» (1929) зафиксировали итоги собирательской работы музея в 1920-е годы.

Музей становится ведущим центром развития искусствоведче­ской мысли в республике. Здесь издавался первый и единственный в те годы специализированный журнал «Казанский музейный вестник» (1920-1924, 17 выпусков) под редакцией П.М.Дульского. На его страницах печатались материалы по истории, теории и практике музейного дела ве­дущих специалистов в этих областях из музеев Казани, Москвы, Ленинграда, Ярославля, городов Сибири: Ю.А.Бахрушина, И.Э.Грабаря, Э.Ф.Голлербаха, С.Ф.Ольденбурга, М.Г.Худякова, Н.Н.Фирсова, Н.Ф.Катанова, П.М.Дульского, П.Е.Корнилова, Б.П.Денике, А.Н.Тришевского, В.П.Соколова. Б.И.Урманче иллюстрация к сказке Г. Тукая "Шурале".

Большое внимание на страницах журнала уделялось публикациям о памятниках старины и искусства.

Изучению музейных коллекций по­священы публикации П.М.Дульского: «Иностранные живописцы в Казанском музее» (1920), «Перов в собрании Казанского музея» (1921), «Русские мастера в Казанском музее» и др. Очерки о художественном наследии живописцев, графиков и архитек­торов – А.И.Трапицыне, Д.И.Архангельском, А.Н.Раковиче, В.Г.Худякове. Р.А.Ступине, М.П.Коринфском опубликовал П.Е.Корнилов. Он же возглавил в 1927 г. оргкомитет по проведению 100-летнего юбилея И.И.Шишкина с целью превращения Казани в центр планомерного изучения наследия художника и создания его мемориального музея в доме Шишкиных в Елабуге.

В 1930-1940-е гг. в результате перераспределения коллекций крупнейших рос­сийских музеев – Государственной Третьяковской галереи и Государственного Рус­ского музея - собрание картинной галереи Центрального музея ТАССР увеличилось более чем на 70 полотен крупнейших русских художников XVII - начала XX вв. и пополнилось коллекци­ей произведений живописи и скульптуры музея бывшей Казанской художественной школы. Музейное собрание пополнялось и из частных коллекций П.Е.Корнилова, В.В.Егерева, М.А.Густова. Все это позволило преобразовать художественный отдел в Картинную галерею Центрального музея ТАССР. Вместе с тем, в начале 1950-х гг., в ходе развернувшейся в стране идеологической борьбы с формализмом в искусстве, ряд произведений русского авангарда из собрания музея были списаны как не имеющие художественной ценности.

В 1952 г. хранителем галереи С.Ш.Ишмуратовой был издан пер­вый каталог художественной галереи (переиздан в соавторстве с А.А.Мирлиным в 1956 году).
В 1958 г. на базе картинной галереи Государственного музея ТАССР был создан Государственный музей изобразительных искусств ТАССР. С 1967 г. он размещается в бывшей резиденции командующего Казанским военным округом А.Г.Сандецкого.

В 1971 г. музей первым среди музеев автономных республик Поволжья открыл постоянную экспозицию искусства Татарии, позже, в 1974 г. была открыта постоянная экспозиция отдела советского искусства, обе экспозиции носили комплексный харак­тер (экспонировались живопись, графика, скульптура, декоративно-прикладное искус­ство) и были построены по историко-хронологическому принципу.

В 1980-е гг. музей осуществил большую работу по организации филиалов – соз­данию мемориальной экспозиции Дома–музея И.И.Шишкина в г. Елабуге (1960), Картин­ной галереи в г. Набережные Челны (1980), Картинной галереи в г. Альметьевске (1987), экспозиции которых первоначально целиком состояли из музейных произведений, а так­же Свияжского архитектурно-художественного музея (1987).

Расширилась тематика выставок, организованных музеем на базе собственных фондов: «Искусство Та­тарии 1920-1930-х годов» (1990), «Музей открывает запасники» (1991), «Казань далекая и близкая» (1995), «Дары Императорской Академии художеств Казанской художественной школе» (2003) и многие другие.
Выставки «Древнерусское искусство XVI-XVIII веков. Ре­ставрация. Новые поступления» (1989), «Русская икона нового времени XVIII-XIX веков» (1992), «Иконография Богоматери в древнерусском искусстве XVIII–XIX веков» (1997) зна­комили зрителей с немногочисленной, но разнообразной и интересной частью музейно­го собрания. Начиная с 1958 г., музей организовал и провел несколько монографических выставок Н.И. Фешина, привлекая к участию в них произведения из музеев страны (1963, 1975-1976, 1981-1982, 1991-1992, 2006).  

Музей превратился в крупный методический центр среди художественных музеев Средне-Волжского региона и Приуралья. На его базе проводились научно-практические конференции и методические совещания с участием музейных работников и искусство­ведов региона.

Ныне коллекции музея насчитывают свыше 25 тысяч произведений живописи, гра­фики, скульптуры, декоративно-прикладного искусства. Произведения из музейного собрания неоднократно экспонировались во многих музеях России, в том числе, в Государственной Третьяковской галерее и Русском музее, а также в музеях и галереях Германии, США, Италии, Японии, Норвегии, Австрии, Китая.

В ходе реализации комплексной программы "Россия" (Программа сотрудничества Русского музея с художественными музеями российских городов) на базе Музея открыт информационно-образовательный центр «Рус­ский музей: виртуальный филиал» при Центре эстетического воспитания ГМИИРТ.

Структурными подразделением музея являются Наци­ональная художественная галерея «Хазине», расположенная на терри­тории Историко-художественного и архитектурного музея-заповедника «Казанский Кремль». Произведения из собрания музея экспонируются также в Доме-музее И.И. Шишкина в г. Елабуге, в картинных галереях городов Набережные Челны и Альметьевска.