A coleção inaugural do Museu de artes visuais da Unicamp é formada por cerca de 1.000 obras, a maioria de caráter bidimensional, de alguns dos mais importantes artistas plásticos brasileiros, como Renina Katz, Marcelo Grassmann, Hermelindo Fiaminghi, Hércules Barsotti e Anatol Wladislaw, e também contempla um número significativo de trabalhos de artistas que atuaram predominantemente em Campinas e na região, e cuja ação foi determinante para o fim do predomínio das tradições acadêmicas na cidade, no final dos anos 1950. Tais obras foram adquiridas ou incorporadas ao acervo por meio de doação ao longo dos mais de 20 anos de atuação da galeria de arte do Instituto de Artes/Unicamp.

O núcleo inicial do acervo da galeria foi constituído por obras de artistas locais contemporâneos (anos 1980), como Egas Francisco, Afrânio Montemurro, Berenice Toledo, Márcia Novaes, Marco do Valle, e de artistas que participaram do Grupo Vanguarda (Thomaz Perina, Raul Porto, Mário Bueno, Geraldo Jürgensen), que marcou a história da cidade por seu desejo de renovação artística e por suas ações em prol da difusão da arte abstrata. Essas primeiras obras foram doadas à galeria a partir de um projeto elaborado pelo professor Bernardo Caro, o qual organizou uma exposição coletiva em centro cultural de Campinas, intitulada Arcervo Unicamp 1984, e solicitou a doação de trabalhos para os artistas atuantes na região.

Desde então, várias foram as doações efetuadas por artistas que ali expuseram, destacando-se, em termos numéricos, a cessão, em 1990, de 55 trabalhos da série Jogos de dados pelo artista paulistano Geraldo de Barros, um dos fundadores do grupo concretista Ruptura, e a recente doação de 300 obras do pintor de origem polonesa Anatol Wladislaw, também integrante do grupo concreto no início dos anos 1950, feita pela viúva do artista. Embora jamais tenha tido uma política efetiva de aquisições, algumas ações puderam ser realizadas pelo conselho deliberativo da galeria, em diferentes momentos de sua história, com o objetivo de ampliação do acervo. Ressalte-se que o fato de ser uma galeria, e não um museu, dificultou o estabelecimento desta política de aquisições em termos institucionais, uma vez que a meta maior da galeria é a de promover eventos ligados às artes visuais e estabelecer intercâmbios culturais. Estas ações esporádicas resultaram na compra, em 2002, de um número significativo de trabalhos do artista campineiro Mário Bueno (1919-2001). A coleção compreende um total de 250 obras, incluindo 104 estudos, 21 pinturas a óleo e várias séries em papel, de diferentes fases de sua carreira (xilogravuras, desenhos a nanquim e acrílica sobre papel), sendo que a família de Bueno doou para a galeria várias obras e diversos documentos pessoais por ele conservados, tais como recortes de jornal e revistas sobre seu trabalho e sobre o movimento artístico em geral, catálogos de exposição, escritos inéditos, fotografias e livros. Outra compra marcante foi a da coleção Arruda, efetuada em 2007, composta por um total de 46 obras, a maioria de artistas campineiros do grupo Vanguarda. Nestes dois casos, talvez o fato de serem trabalhos de artistas de destaque na região tenha favorecido o processo de aquisição, uma vez que a Unicamp, por sua localização geográfica, tem relação especial com a cidade de Campinas e seu entorno.