La primera planta posee la “Colección Arte del siglo XX” con las 177 obras de la colección de Sempere, en las que se encuentra una gran variedad de artistas: nacionales como Miró, Chillida, Pablo Picasso, Juan Gris, Pablo Serrano, Gargallo; y de fuera de España, de James Calder, Marc Chagall, Wassily Kandinsky, Rauschenberg, y otros muchos. En esta primera planta podemos encontrar también una Biblioteca.
Otra parte importante del actual Museo es, en la segunda planta, la “Colección Juana Francés” de la pintora alicantina Juana Francés (1924-1990), con 134 obras, y legada en 1990 por la propia artista a su muerte. En esta colección se pueden ver todas las etapas de la creación de la pintora.
La tercera planta del Museo está dedicada al propio Sempere, con 575 obras, muchas de las cuales ha ido adquiriendo el Ayuntamiento de Alicante desde 1997. La “Colección Eusebio Sempere” se compone tanto de su obra realizada en España como la realizada en París, donde vivió doce años.