Il Museo di Belle Arti di Bilbao venne inizialmente fondato nel 1908 ma, dopo numerosi traslochi in varie sedi, l'edificio definitivo è stato inaugurato nel 1945. 

In seguito, vista l'ampiezza della collezione che sarebbe andato ad ospitare, venne poi ampliato dagli architetti Alvaro Libano e Ricardo Beascoa. I lavori furono completati nel 1970 e solo dieci anni dopo furono aggiunti nuovi spazi e servizi nei sotterranei dell'edificio. 

Gli ultimi lavori di ristrutturazione sono stati svolti nel 2001. 

La collezione permanente del Museo,  che nel complesso include più di diecimila opere tra dipinti, sculture e opere su carta, è aumentata considerevolmente nel corso degli anni grazie ad acquisizioni e a importanti donazioni di opere d’arte che comprendono il periodo dal XIII secolo all’attualità. Particolarmente di valore è la sezione dedicata alla scuola spagnola con artisti come Il Greco, Morales, Ribera, Murillo, Zurbarán, Paret e Goya. 

Altri artisti presenti in collezione sono Lucas Cranach il Vecchio, Martin de Vos;  Orazio Gentileschi;  Mary Cassatt;  Paul Gauguin, Joaquín Sorolla, Francis Bacon; Eduardo Chillida; Antoni Tàpies e Miquel Barceló; 

Tra i lavori su carta e le stampe, vale la pena ricordare artisti quali Albrecht Dürer, Van Meckenem, Georg Pencz, Goltzius, Rembrandt, Sandrart, Piranesi, Goya, Fortuny, Carlos de Haes, Cézanne, Picasso, Duchamp, Lipchitz, Utamaro, Hokusai, Rouault, Hockney, Allen Jones, Immendorff, Bacon and Antonio Saura.