La pinacoteca è allestita all'interno del restaurato ex collegio gesuitico del Canopoleno, storico edificio eretto tra la fine del Cinquecento e l'inizio del Seicento nel cuore del centro storico in prossimità dei maggiori e più significativi complessi monumentali della città. L'attigua antica chiesa gesuitica di Gesù e Maria, ora intitolata a Santa Caterina, ne era parte integrante.

L'esposizione si sviluppa su tre piani e raggruppa oltre quattrocento opere prevalentemente pittoriche suddivise per tematiche (tema religioso, mitologico, storico, ritratto, nature morte, scene di genere etc.), organizzate al loro interno in ordine cronologico e capaci di documentare la produzione di diverse scuole e artisti italiani ed europei dal Medioevo alla metà del Novecento, compresa una significativa rassegna di artisti sardi del primo Novecento e una ricca sezione di grafica.