Здание музея построено в 1814 году по проекту архитектора Михайло Малахова. В нём располагались городская дума, городовой магистрат и сиротский суд.

Основой коллекции музея стало собрание произведений академика живописи, одного из интереснейших представителей позднего передвижничества Лукиана Васильевича Попова (1873—1914), который родился и многие годы работал в Оренбурге.

Основная концепция музея - отражение художественной жизни края в общем контексте развития русской национальной культуры. Значительное место в собрании занимают произведения оренбургских живописцев, а также экспонаты, так или иначе связанные с местной историей и культурой.

Музей осуществляет активную собирательскую, научную и популяризаторскую деятельность, организует широкий спектр выставок, научные чтения, лектории, музейные «понедельники» и является одним из важнейших культурных центров города и области. В Оренбургском областном музее изобразительных искусств проводятся экскурсии по постоянной экспозиции и временным выставкам. Особым внимание у зрителей пользуются залы Л. В. Попова и экспозиции русского и декоративно-прикладного искусства. 

В фондах музея хранятся коллекции древнерусского, русского, советского и западноевропейского искусства, начиная с конца XVI века, в том числе живопись, графика, скульптура, иконопись, декоративно-прикладное искусство – более 8000 экспонатов.