Parmi les artistes de la seconde moitié du XIXe siècle, trois peintres originaires du midi de la France, Jean-Paul Laurens (L'agitateur du Languedoc et Saint Jean Chrysostome et l'impératrice Eudoxie), Henri Martin (Portrait de Madame Sans) ou Benjamin-Constant sont particulièrement bien représentés : tous trois contribuèrent par ailleurs au décor du Capitole de Toulouse. Ils illustrent différentes facettes de l'académisme fin-de-siècle qu'incarnent également un Debat-Ponsan ou un Rixens (La Mort de Cléopâtre). L'art moderne de la fin du siècle est évoqué par quelques chefs-d'oeuvre dus aux pinceaux d'Édouard Manet, Berthe Morisot, Blanche Hoschédé-Monet ou Édouard Vuillard (Sous les arbres du pavillon rouge). La générosité privée de la comtesse de Toulouse-Lautrec et du peintre Gauzi a permis de doter le musée d'une très belle série d'oeuvres de Henri de Toulouse-Lautrec (La Conquête de passage), dont la fragilité ne permet pas l'exposition permanente. Ces toiles font un contrepoint très démonstratif aux oeuvres académiques de la même période en soulignant les antagonismes artistiques de la fin du XIXe siècle.