Экспозиция русской живописи знакомит посетителей с полотнами великих мастеров отечественного искусства. Коллекция, историческое ядро которой сформировалось за счет поступлений 1924–1928 гг. из Государственного музейного фонда, представляет собой часть бесценного национального художественного достояния и является гордостью музея.

Экспозиция в залах Врубелевского корпуса ООМИИ имени М.А. Врубеля построена по хронологическому принципу. Она начинается с произведений, относящихся к периоду XVIII в. – первой половины XIX в. В их числе портреты, исполненные иностранными мастерами (Пьетро Ротари, Герхардт Кюгельхен, Иоганн Батист Лампи Старший), ряд анонимных портретов неизвестных художников, а также полотна представителей академической школы – И.Ф. Тупылева, М.Н. Воробьева, И.П. Келлера, К.Я. Рейхеля. Большой интерес представляет «Крестьянский мальчик» А.Г. Венецианова, демонстрирующий творческие позиции художника, чье искусство способствовало становлению быто​вого жанра в русской живописи.

Значительное место в залах музея занимают исторические, пейзажные и жанровые полотна мастеров академического направления XIX в. – М.П. Боткина, И.К. Айвазовского, А.П. Боголюбова, Г.И. Семирадского. Дополняют экспозицию произведения на евангельские темы, написанные по церковным заказам В.М. Васнецовым и М. В. Нестеровым.

Крестьянская тема, повседневная жизнь народа, их тяготы и невзгоды получили воплощение в бытовом жанре художников-передвижников (Г.Г. Мясоедов, К.В. Лемох, Н.А. Касаткин, Н.А. Ярошенко, Н.В. Неврев). Поэтика национального пейзажа раскрывается в любимых зрителем полотнах И.И. Шишкина, Ф.А. Васильева, А.А. Киселева. Глубина и психологизм портретного жанра представлена в произведениях В.Е. Маковского, И.Н. Крамского.

Рядом значительных полотен представлены мастера демократического направления конца XIX – начала XX века (И.Е. Репин, В.Д. Поленов, И.И. Левитан, М.Н. Дубовской, В.И. Суриков).

Особенности искусства конца XIX – начала ХХ века, отмеченного активными творческими исканиями и высокими достижениями в живописи и графике, демонстрируют произведения выдающихся русских мастеров В.А. Серова, К.А. Коровина, В.Э. Борисова-Мусатова, П.В. Кузнецова. В числе уникальных коллекций – панно «Цветы» М.А. Врубеля (1894) – единственное живописное монументальное произведение художника в музейных собраниях за Уралом.

Контакты русского искусства с западноевропейской культурой нашли отражение в работах ярких представителей русского авангарда – К.С. Петрова-Водкина, Ф.В. Боткина, В.М. Ходасевич, М.Ф. Ларионова, Н.С. Гончаровой.

Большой интерес вызывают произведения художников, входивших в объединения «Мир искусства», «Союз русских художников», «Бубновый валет». Особое место в залах музея занимают портреты, пейзажи, натюрморты А.Г. Явленского, получившего всемирное признание.