Датой основания Самарского художественного музея считается 25 апреля 1897 года. В этот день местный купец, владелец писчебумажного магазина, а также художник-пейзажист и коллекционер К.П.Головкин (1871 – 1925) после закрытия одной из выставок, в которой он участвовал, предложил в дар городу несколько своих картин для устройства художественного музея.Предложение мецената было принято, но для музея
требовались экспонаты, и Головкин разослал прошения к ведущим художникам России о поддержке нового самарского начинания. Сначала на его просьбу откликнулись несколько выпускников Академии художеств. Свои полотна передали в дар музею художники К.Вениг, Е.Столица, затем на призыв откликнулись такие признанные мастера, как М.Нестеров. В.Бакшеев, К.Юон и др.
К 1911 году в музее уже хранилось около 130 картин. Кроме того, музей стал получать новые экспонаты и от самарских коллекционеров и любителей искусств: это были иконы, медное литье, керамика, произведения графики и декоративно-прикладного искусства.В 1918 году по рекомендации В.В.Гундобина в музей поступила коллекция купца П.И.Шихобалова, в которой были собраны работы ведущих русских художников И.Репина, В.Маковского, Н.Ярошенко,
В.Поленова, В.Сурикова. В том же году на временное хранение в музей попали около 60 экспонатов из коллекции П.И.Каменнова. Это были произведения русской и западноевропейской живописи, а также графика и керамика. Из магазина Черткова, ранее принадлежавшего К.П.Головкину, в музей были переданы произведения декоративно-прикладного искусства, а также пейзажи работы самого Головкина. Заведующий музеем Ф.Т.Яковлев передал в фонды собственную коллекцию древнерусского искусства, содержавшую более тысячи предметов: иконы, старопечатные книги, медное литье.В 1920-е годы коллекция музея продолжала пополняться произведениями из Государственного музейного фонда. В 1920 году по инициативе Совнархоза в Самарский музей была передана коллекция бывшего владельца Жигулевского пивоваренного завода А.Ф.фон Вакано, содержавшая около тысячи экспонатов, а в 1925 году в музей попала коллекция живописи и декоративно-прикладного искусства из закрывшегося Бугурусланского музея.
В 1920-е годы музей был слит с краеведческим, а самостоятельность вернул себе только в 1937 году, когда сначала стал Краевым, затем Областным художественным музеем. Его коллекции были переведены в новое здание Дворца культуры имени Куйбышева, построенное на месте взорванного кафедрального собора. Музей был открыт для посетителей 28 марта 1939 года.В 1936-37 годах художественным отделом музея заведовал М.Д.Философов, высланный из Ленинграда бывший ученый секретарь Государственного Эрмитажа. Философов работал в Самаре недолго, однако за это время успел провести огромную работу по атрибуции хранившихся в фондах музея картин европейских художников, ранее обозначавшихся как принадлежащие неизвестным авторам. Атрибуции, сделанные Философовым, сохранили свою актуальность до настоящего времени.
В сталинское время музей пережил немало драм. В середине 1930-х годов была уничтожена
значительная часть коллекции иконописи, в 1953 году специальная комиссия Н.Н.Голованова приговорила к сожжению около 400 картин русских авангардистов, и только изменения, произошедшие в стране после смерти Сталина, помешали исполнить этот чудовищный вердикт.Во время Великой Отечественной войны музейные коллекции были спрятаны в запасниках, а в музейных залах проходили выставки, посвященные войне. Кроме того, музейным работникам удавалось даже в эти тяжелые годы пополнять фонды, они покупали произведения искусства у эвакуированных.
В 1947-53 годах в музей поступили архивы художников С.Н.Южанина и Л.В.Попова, а в 1950-е годы началось активное и планомерное пополнение коллекции русского искусства.
С конца 1950-х годов формируется Восточная коллекция, куда входят произведения современных мастеров Китая, Индии, Японии.Отдельную часть экспозиции составляет мемориальная комната самарского художника В.А.Михайлова с расписной мебелью, изготовленной по его эскизам в неорусском стиле. В доме Михайлова некоторое время жил В.Суриков. Часть музейной экспозиции посвящена работам самого Михайлова и его товарищей, состоявших в любительском кружке самарских художников.
В 1995-96 годы в музее появились произведения современных художников Михаила Шемякина и Эрнста Неизвестного. В 1997 году художник и историк моды Александр Васильев подарил музею работы своего отца, известного театрального художника А.П.Васильева, а также свои собственные театральные
эскизы. Всего в Музее-квартире художников Васильевых хранится более 1600 произведений.В 2004 году Самарский музей получил в дар от вдовы художника В.З.Пурыгина 260 его работ, в 2006 году сестра художника передала графические листы, коллажи, материалы и записи художника, а вдова – личные вещи из его мастерской и еще некоторые произведения. На
основе этих экспонатов, общее количество которые составляет более 3000 единиц хранения, был создан музей-мастерская В.З.Пурыгина.В настоящее время Самарский художественный музей проводит работу по поиску и приобретению работ самарских художников 19 века, а также картин, написанных основателем музея К.П.Головкиным.
В 1990 году на волне преобразований, произошедших в нашей стране, художественный музей получил в свое распоряжение новое здание, особняк, перестроенный в начале 20 века в неоклассическом стиле, в котором прежде размещался горком КПСС.