Lors de son ouverture le 15 octobre 1977, le musée est devenu le quatrième musée national du Japon. Le bâtiment a été partiellement rénové après avoir servi à l'origine de musée des beaux-arts à l'Expo'70, mais contrairement aux autres pavillons, il a été conçu à l'origine pour être une structure permanente. De plus, le site devait initialement abriter le musée préfectoral d'art contemporain d'Osaka, mais en raison de difficultés financières et de l'élection d'un nouveau gouverneur, le projet a finalement été abandonné. Plus tard, l'idée de construire un musée national a été soutenue et, tout en étudiant les musées nationaux déjà existants, l'installation a été approuvée. ‍

‍Limités par des contraintes budgétaires, certains des plans originaux prévoyaient de collecter des reproductions photographiques d'œuvres célèbres du Japon et de l'étranger, d'acheter des reproductions photographiques de peintures de Paul Cezannne, Van Gogh et Paul Gauguin et des reproductions imprimées de "Ukiyo-e", et de commander le photographe Yasuhiro Ishimoto pour photographier les nénuphars de Claude Monet. Tout cela faisait partie d'un effort pour mettre en scène des expositions de reproductions. Dans le même temps, le musée a commencé à collecter des œuvres contemporaines relativement faciles à obtenir.

Avec seulement très peu d'œuvres dans la collection au moment de l'ouverture du musée, dont une peinture murale en céramique de Joan Miro et une sculpture en bronze d'Henry Moore, il n'était pas encore possible d'organiser des expositions adéquates, la collection a donc été temporairement complétée par des œuvres du Musée national d'art moderne de Kyoto et d'immenses panneaux photographiques de nénuphars de Claude Monet. Mais en 1978, le nombre total d'œuvres est soudainement passé à 1 208. Parmi ceux-ci, 225 étaient des peintures, 586 étaient des estampes et 17 étaient des sculptures. Parmi les estampes figuraient 475 œuvres de Yukihisa Isobe et 64 monotypes d'Arinori Ichihara, tandis que la collection de peintures comprenait des œuvres de Nobuya Abe, Tadashi Sugimata, Tatsuoki Nambata, Toshimitsu Imai, Mokuma Kikuhata, Kazuo Shiraga, Sadamasa Motonaga, Georges Mathieu et Paul Jenkins et des sculptures de Kentaro Kimura et Bushiro Mori. Toutes les œuvres ont été produites entre la fin des années 50 et les années 60, donc avec l'aide de la collection Ohashi, le musée a pu assembler un solide noyau d'art représentant l'après-guerre.

La collection continue de croître peu à peu et, en 1982, dépasse les 2 000 œuvres. Un groupe de plus de 150 gravures sur cuivre de Yozo Hamaguchi acquises sur une période de trois ans à partir de 1983 représentait une collection presque complète de la production de l'artiste. À leur 20e anniversaire en 1997, le musée avait amassé 2 931 œuvres. À partir de 1998, ils ont commencé à acquérir les œuvres ultérieures de Hamaguchi, les estampes manquantes et 186 croquis, 447 estampes et croquis de Keiko Minami, et ont reçu un don important de 722 affiches de Tadanori Yokoo. En cherchant activement à élargir la collection, au cours des dix dernières années, le musée a augmenté son fonds de 2 822 œuvres.

En mars 2011, le Musée national d'art d'Osaka comptait un total de 6 109 œuvres. Quelque 2 190 d'entre eux sont des estampes. En élargissant la définition du mot pour inclure des œuvres de conception graphique telles que les affiches de Yokoo, on pourrait dire que plus de la moitié de la collection entière se compose d'environ 3 000 impressions. Et comme 751 autres œuvres sont des aquarelles ou des croquis et 605 sont des photographies, qui utilisent toutes un support papier, on pourrait également dire qu'environ 70% de la collection partage un support papier. D'autre part, les 30% restants comprennent 593 peintures, dont 26 "Nihonga" (peinture de style japonais), 319 sculptures, 76 objets d'artisanat et une petite quantité d'œuvres de design industriel telles que des meubles et des luminaires.
Leur collection de 633 supports pédagogiques est principalement composée des reproductions d'estampes "Ukiyo-e".

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