La galleria è ospitata all’interno di Palazzo Barberini, costruito nel periodo 1625-1633 ampliando nelle forme del primo Barocco il precedente edificio della famiglia Sforza creando una struttura ad acca, caratterizzata da uno spettacolare atrio a ninfeo, diaframma fra il loggiato d’ingresso e il giardino sviluppato sul retro.
Alla direzione dei lavori parteciparano, tra gli altri, anche Gian Lorenzo Bernini e Francesco Borromini.

Tra le opere spicca il meraviglioso dipinto di Filippo Lippi, la Madonna in trono con Bambino datato 1437.
Più consistente il nucleo dei dipinti del XVI secolo, fra i quali  la Fornarina, il celeberrimo ritratto che Raffaello fece dell’amata e opere di Andrea del Sarto, Beccafumi, Sodoma, Bronzino, Lotto, Tintoretto, Tiziano, El Greco, per arrivare alla fine del ‘500 con la splendida Giuditta che taglia la testa ad Oloferne di Caravaggio.

Il Seicento è rappresentato da opere di Reni, Domenichino, Guercino, Lanfranco, Bernini, Poussin, Pietro da Cortona e Gaulli. La sezione delle opere del XVII secolo si accorda perfettamente con la decorazione e l’architettura del palazzo, offrendo una testimonianza ricchissima per completezza e omogeneità di uno dei periodi più fecondi della cultura e dell’arte.

La pittura del tardo Seicento e del Settecento con opere, tra gli altri, di Mattia Preti, Canaletto, Batoni, Pannini, la Collezione Lemme e un raro nucleo di dipinti francesi dello stesso periodo, provenienti dalla collezione del duca di Cervinara, è  esposta nelle nuove sale del secondo piano del palazzo.