Die Zeit nach dem Zweiten Weltkrieg ist mit dem Abstrakten Expressionismus, der Pop Art und dem Minimalismus vertreten. Darüber hinaus gibt es bedeutende Konvolute von Joseph Beuys und Gerhard Richter sowie Schlüsselwerke von Imi Knoebel, Blinky Palermo und Isa Genzken. Zu den Meisterwerken der westlichen Avantgarden gehören im K20 ausgewählte Arbeiten von Künstlerinnen wie etwa von Maria Helena Vieira da Silva und Carmen Herrera. Im derzeitigen Sammlungsrundgang stehen in einigen Räumen Werke der zeitgenössischen Kunst im Dialog mit der Klassischen Moderne und Werken nicht-westlicher Bewegungen.

Im Jahr 2008 wurde der Grundstein für den Erweiterungsbau gelegt, der in der architektonischen Formsprache nahtlos an den Altbau anknüpft. Zusätzliche 2.000 m² in zwei stützenfreien Ausstellungshallen erweitern die gesamte Ausstellungsfläche auf mehr als 5.000 m² und ergänzen den zur Wiedereröffnung im Juli 2010 grundsanierten Bestandsbau auf ausstellungstechnisch hohem Niveau.