Die Kunstsammlung am Grabbeplatz feierte 1986 seine Eröffnung. Charakteristisch sind nicht nur die zahlreichen bedeutenden Werke von angesehen Künstlern, sondern vor allem das Gebäude mit seiner Granitfassade und seiner zeittypischen Architektur. Das Gebäude wurde vom Kopenhagender Architekturbüro Dissing+Weitling realisiert. Den Architekten war es wichtig einen zurückhaltenden Bau zu konzipieren, sodass die Kunstwerke im Zentrum bleiben. 2008 wurde das Fundament für einen Neubau gelegt, der zusätzlich 2000 Quadratmeter in zwei Ausstellungshallen bietet. Im Juli 2010 eröffnete das K20 mit einer Ausstellungsfläche von nun 5000 Quadratmetern.
Viele Kunstliebhaber bezeichnen das K20 als "heimliche Nationalgalerie", weil die Qualität der Bestände der Kunstsammlung am Grabbeplatz von unschätzbaren Wert sind. Es lassen sich namhafte Gemälde, Zeichnungen und Installationen von großen Künstlern finden. Beispielsweise sind im K20 eine Reihe von bedeutenden surrealistischen Werken von Max Ernst sowie das einzigartige Werk "Pittura Metafisica" von Giorgio de Chirico zu sehen. Die Kunstsammlung ist auch im Besitz von Gemälden von René Magritte, Joan Miró und Salvador Dalí. Weiter gehören zu der Sammlung bedeutende Kunstwerke von Wassily Kandinsky "Komposition IV" (1911), Max Beckmanns Schlüsselwerk "Die Nacht" (1918/ 1919), Ernst Ludwig Kirchners "Zwei Frauen auf der Straße" (1924) und Jackson Pollocks "Nummer 32" (1950). Pollocks "Nummer 32" zählt zu den prominentesten Kunstwerken der US-Nachkriegskunst. Neben den Arbeiten von Pollock und Frank Stella, ist die Dauerausstellung mit Bildern von der amerikanischen Pop-Art ausgestattet. Darunter fallen Künstlergrößen, wie Andy Warhol und Robert Rauschenberg.
Durch ihre einzigartige Sammlung wurde das Düsseldorfer Museum K20 zu einem zentralen Ort, in dem die klassische Moderne immer wieder auf gegenwärtige Künstler in Form einer Wechselausstellung trifft und dadurch den Besuchern einen einzigartigen Blick auf die Moderne ermöglicht.