Galerie od roku 1953 uchovává, zhodnocuje a přibližuje české umění 20. století ve stálých expozicích, krátkodobých výstavách, publikační činnosti a kulturně vzdělávacích programech. Stálá expozice prezentuje bohaté sbírky českého umění 20. století a představuje díla klasiků českého moderního umění.
Galerie za dobu svého trvání shromáždila obsáhlé sbírky českého umění, z nichž nejvýznamnější a nejhodnotnější díla jsou trvale prezentována v počtu asi stopadesáti obrazů a soch. Počátky vzniku moderního výtvarného umění přibližují náladová, symbolistní a realistická díla Jakuba Schikanedera, Jana Preislera a Antonína Slavíčka.
Proměnlivou a výraznou podobu uměleckých snah na počátku století, v jejich orientaci na evropské směry – expresionismus, fauvismus, kubismus – shledáváme v obrazech Josefa Čapka, Emila Filly, Bohumila Kubišty, Františka Muziky, Antonína Procházky nebo Václava Špály.
V třicátých letech je vystřídal surrealistický projev, patrný v dílech Jindřicha Štyrského, Toyen či Františka Janouška. Válečná atmosféra následujícího období pak přinesla nový zájem o člověka, město a civilizaci. K velmi významnému celku galerijních sbírek patří díla Josefa Istlera, Václava Boštíka, Mikuláše Medka, Zbyška Siona, Jiřího Valenty, Jiřího Johna, vzniklá v 60. letech a vypovídající prostřednictvím nejrůznějších postupů, od geometrických, informálních přes fantazijní až po novofigurální, o problémech života člověka.
Vývojově mnohovrstevnatou podobu stálé expozice českého umění uzavírá kolekce tvorby skupiny 12/15 a několika významných osobností soudobého českého umění – Zdeněk Sýkora, Karel Nepraš, Věra Janoušková, Olga Karlíková, Jaroslav Róna, Petr Nikl, Otakar Slavík či Stanislav Judl.
Nová expozice k 70. výročí galerie (1953–2023)
Stálá expozice byla otevřena 23. listopadu 2023. Prezentuje bohaté sbírkové fondy českého umění 20. a 21. století a představuje díla klasiků českého moderního umění i současných autorů – např. A. Slavíček, J. Preisler, J. Trampota, J. Zrzavý, J. Čapek, E. Filla, J. Šíma, M. Medek, V. Boštík, K. Nepraš, M. Rittstein, Z. Sýkora, K. Malich, F. Skála, J. Róna aj.
Program krátkodobých výstav sleduje převážně současné umělecké dění v různých generačních a výtvarných přístupech a zaměřuje se především na českou tvorbu. Karlovarská galerie umění je nejstarším a největším muzeem umění v karlovarském regionu, jen v prostorách hlavní budovy se prozatím uskutečnilo téměř sedm stovek výstav, které navštívilo více než dva miliony hostů.