Der Aufbau einer umfassenden Skulpturensammlung begann 1928 mit der Eröffnung des Kunstmuseums im Ehrenhof. Ihr Fokus lag bis zum Zweiten Weltkrieg vorrangig auf der mittelalterlichen Plastik. Heute umfasst die Sammlung insgesamt über 1.300 Exponate: von Kleinbronzen über Elfenbein bis hin zu lebensgroßen Holz- und Steinplastiken aus der Zeit des 11. bis 19. Jahrhunderts. Zu den thematischen Schwerpunkten gehört die christliche Kunst des Spätmittelalters mit Marien-, Christus- und Heiligendarstellungen, die eindrucksvoll den Wandel in der Gestaltung von der Romanik zur Gotik aufzeigen.
Einen besonderen Höhepunkt bilden die Werke der rheinischen und süddeutschen Spätgotik, die eindrucksvoll durch ihre handwerkliche Virtuosität die künstlerische Entwicklung der spätgotischen Skulptur vergegenwärtigen, in der sich die Einflüsse der italienischen Renaissance mit frühbarocken Impulsen verbinden.
Von großer Bedeutung für die Entwicklung der Sammlung sind die Bildwerke des Barock, besonders die Skulpturen Gabriel Grupellos, dem Hofbildhauer des Kurfürsten Johann Wilhelm von der Pfalz, der rund zwanzig Jahre ab 1695 in Düsseldorf residierte. Durch die Übernahme der Akademiesammlung 1932 als Dauerleihgabe gelangte eine große Gruppe von Bronzestatuetten, Marmor- und Holzbildwerken dieses herausragenden flämischen Künstlers ins Museum. Relieftafeln und Plastiken u.a. von Ignaz Elhafen und Leonard Kern geben weitere Einblicke in die Schaffenskraft des Barock.
Einen wichtigen Akzent im Bereich des Klassizismus bilden Werke von Franz Xaver Messerschmidt (Arbeiten zwischen Barock und Klassizismus) sowie Gottfried Schadow. Darüber hinaus präsentiert sich die Plastik des ausgehenden 19. Jahrhunderts mit großen Bronzen und Marmorarbeiten von Auguste Rodin und Karl Janssen, dem Lehrer u.a. Wilhelm Lehmbrucks, von dem das Haus eine Vielzahl von Werken besitzt.
Die Sammlung Angewandte Kunst besticht durch ihre Themenvielfalt und Objektfülle. Ihre Ursprünge gehen zurück auf das 1882 gegründete Düsseldorfer Kunstgewerbemuseum. Ein Teil der Bestände gelangte 1928 ins Kunstmuseum (heute Kunstpalast), darunter eine vielseitige Möbel-, Orient- und Asiatika-Sammlung sowie eine beachtliche Anzahl an Metallobjekten zur christlichen Liturgie und zur Tafelkultur, Holz- und Lederarbeiten ebenso wie eine umfangreiche Vorbildersammlung von Textilien. Trotz zahlreicher Verluste im Zweiten Weltkrieg sind die ursprünglichen Sammlungskonvolute im heutigen Museum noch gut erkennbar. In den vergangenen Jahrzehnten wurde die Abteilung um den Bereich Design ergänzt. 2004 gelangte eine über 1.000 Objekte umfassende historische Kollektion von Netsuke des 17. bis 20. Jahrhunderts (figurative japanische Gürtelknebel) in den Bestand.