De collectie oude schilder- en beeldhouwkunst van Museum Boijmans Van Beuningen omvat circa 1.400 werken en gaat uit van kunstenaars geboren voor 1817 (het geboortejaar van Johannes Bosboom). De collectie bevat een klassieke, geografische chronologische classificering van kunst van de vijftiende tot het begin van de negentiende eeuw, van Nederlandse en buitenlandse kunstenaars. Hierdoor kan het museum de Nederlandse kunst in een bredere Europese context tonen met oog voor wederzijdse beïnvloeding en uitwisseling. Sterke punten van deze deelcollectie zijn het unieke ensemble vijftiende- en zestiende-eeuwse schilderkunst uit de Nederlanden (Jan van Eyck, Jheronimus Bosch en Pieter Bruegel), dat een belangrijk zwaartepunt vormt in zowel het presentatie- als het verzamelbeleid, de zeventiende-eeuwse Hollandse en Vlaamse schilderkunst (met 500 werken de grootste deelcollectie) met topstukken van onder meer Carel Fabritius, Gabriël Metsu, Rembrandt, Bartholomeus van der Helst, Pieter Jansz. Saenredam, Rubens en Van Dijck en enkele belangrijke stukken uit de Franse en Duitse kunst, zoals schilderijen van Barthélémy d’Eyck, en een paneel van Dürer. Het museum bezit ook een bescheiden maar hoogwaardige collectie Italiaanse schilderkunst van de veertiende tot en met de achttiende eeuw, met werk van Fra Angelico, Titiaan, Veronese, Tiepolo en Guardi. De negentiende-eeuwse Hollandse romantische schilderkunst is eveneens goed vertegenwoordigd.
De basis voor de collectie oude beeldhouwkunst van circa 300 objecten werd gelegd tijdens het directoraat van Hannema (1921-45). In 2014 werd de collectie verrijkt met de uitzonderlijke verzameling Middeleeuwse houtsculptuur uit voornamelijk de Zuidelijke Nederlanden van Jacques Schoufour. De collectie van West-Europese middeleeuwse hout- en steensculpturen, is daarmee na die van het Rijksmuseum en Museum Catherijneconvent de belangrijkste van het land. Daarnaast bezit Museum Boijmans Van Beuningen een bijzondere groep zestiende-eeuwse Italiaanse bronssculpturen waaronder werk van Giambologna. Deze groep bronzen is uiterst belangrijk voor de Collectie Nederland.