Ca' Pesaro beherbergt zwei Sammlungen:

Die Galleria Internazionale d'Arte Moderna in dem von Baldassare Longhena konzipierten Prachtpalazzo des Barocks umfaßt Werke von nationalen und internationalen Künstlern des 20. Jahrhunderts, wie Rodin, Chagall, Klimt, Nolde, Morandi und Paul Klee sowie Mirò, Hans Arp, Kandinsky oder Max Ernst, und auch Exponante der venezianischen Kunst des 19. Jahrhunderts.

Das Museo d'Arte Orientale ist eine der größten Sammlungen japanischer Kunst aus der Edo-Periode (ca. 1603 - 1868) europaweit.