Die Sammlung Museion entsteht Anfang der neunziger Jahre und umfasst derzeit etwa 4.250 Arbeiten. Die aufeinander folgenden Direktoren haben dieses einzigartige museale Archiv mit ihrer Einkaufs- und Ausstellungspolitik geprägt und damit ihren individuellen Beitrag zur Identität des Hauses geleistet.
In den Anfangsjahren konzentrierte sich die Sammlung auf Künstlerinnen und Künstler der italienischen Neoavantgarde mit einem starken Bezug zur mitteleuropäischen Kulturlandschaft wie etwa Carla Accardi, Afro, Agostino Bonalumi, Günter Brus, Enrico Castellani, Markus Lüpertz, Achille Perilli, Arnulf Rainer, Hans Staudacher und Emilio Vedova.
Im Lauf der Jahre hat das Museion, auch dank der Bildung von thematischen Schwerpunkten innerhalb der Sammlung, ein eigenes und unverwechselbares Profil entwickelt. Die Arbeit an diesen Schlüsselbereichen wird – mit Eingriffen und Ergänzungen – weiterhin fortgesetzt.
Einen bemerkenswerten Teil der Sammlung stellt der Bestand bedeutender Arbeiten aus Licht dar, mit historischen Schwerpunkten wie die Gruppe N oder die Gruppe Zero oder wichtigen Künstlerinnen und Künstlern wie Mario Airò, Alberto Biasi, Otto Piene, Rosemarie Trockel oder Cerith Wyn Evans. Dazu kommt ein breitgefächerter Schwerpunkt zur Beziehung von Bild und Sprache, der in den vergangenen Jahren auch dank der Dauerleihgabe eines Teils des „Archivio di Nuova Scrittura” des Sammlers Paolo Della Grazie mit Arbeiten von Künstlern, die der visuellen und konkreten Poesie zuzurechnen sind, erweitert und bereichert wurde, wie etwa Augusto und Haroldo De Campos, Arrigo Lora-Totino, Anna und Martino Oberto, Decio Pignatari, Adriano Spatola oder Emilio Villa.
Ferner entwickelte das Haus ein gewisse Aufmerksamkeit für Künstler, die der Geschichte durch die Neubewertung der Gegenwart mit veränderten Sichtweisen begegnen wie Rossella Biscotti, Deimantas Narkevicius oder Simon Starling und erwarb Arbeiten von Künstlerinnen und Künstlern aus außereuropäischen Ländern wie Eleanor Antin, Mona Hatoum, Kimsooja, Teresa Margolles, Santu Mofokeng, Zanele Muholi und Walid Raad.

Beachtenswert ist ein 2008 dem Museion als Leihgabe überlassener Cluster aus etwa 100 Arbeiten des Sammlers Enea Righi, der einzelne Sammlungsbereiche zusätzlich verstärkt, etwa mit den fotografischen Arbeiten von Francis Alÿs, Nan Goldin und Wolfgang Tillmans oder den Arbeiten aus Licht von Gabriel Kuri, oder mit Künstlerinnen und Künstlern wie Alighiero Boetti, Miroslaw Balka, Peter Friedl, Roni Horn und Gordon Matta-Clark.
In der Sammlung wurde, auch mit zielgerichteten Ankäufen nach Einzelausstellungen, immer wieder versucht, ein Gleichgewicht zwischen Künstlerinnen und Künstlern aus dem internationalen Kunstbetrieb (Carl Andre, Isa Genzken, Raymond Pettibon, Matt Mullican, Danh Vo) und aus der Region herzustellen. In seinem project room hat das Haus jungen einheimischen Künstlerinnen und Künstlern (Vera Comploj, Nicolò DeGiorgis, Gabriela Oberkofler, Sven Sachsalber) einen eigenen Ausstellungsraum zur Verfügung gestellt.
In den vergangenen Jahren hat sich das Museion bewusst dazu entschlossen, die Sammlung mit Themenausstellungen zu aktivieren, die sich von Mal zu Mal mit Inhalten von historisch-künstlerischer Relevanz auseinandersetzen und immer wieder neue Dialoge zwischen den Arbeiten knüpfen, etwa mit seit längerem in der Sammlung vertretenen Werken und „new entries”. Die Neuerwerbungen haben auch das Ziel, die museale Ausstellungstätigkeit zu dokumentieren und formen damit eine innere Logik der Sammlung, die weiter verfolgt wird und deren Stärke in der Unfertigkeit, in der Öffnung für Neues und in der Re-Vision der Vergangenheit liegt – die Aufnahme neuer Arbeiten führt automatisch zu neuen Formen des Blicks und der Wahrnehmung im Bezug auf ältere Arbeiten.