Helene Kröller-Müller begint rond 1905 met het verzamelen van kunst. Het idee ontstaat als ze samen met haar dochter een cursus kunstbeschouwing volgt bij kunstpedagoog H.P. Bremmer. Geïnspireerd door zijn lessen begint ze met het verzamelen van kunst. In 1907 koopt ze haar eerste werk: Trein in landschap van Paul Gabriël. Bremmer komt nu wekelijks bij haar thuis en treedt zelfs in dienst als haar persoonlijke adviseur. Samen met het echtpaar, maar ook vaak in opdracht van hen, bezoekt hij nationale en internationale veilinghuizen, ateliers en kunsthandels, op zoek naar werk dat past in de collectie.
De collectie van Helene Kröller-Müller breidt zich in hoog tempo uit. Na enkele jaren bezit zij de grootste particuliere Van Gogh-verzameling ter wereld (die van de familie Van Gogh zelf niet meegerekend). Tijdens haar leven koopt Helene Kröller-Müller in totaal ongeveer 11.500 kunstobjecten.
Behalve H.P. Bremmer fungeert ook architect Henry van de Velde als adviseur voor de Kröllers. Hij is degene die Helene Kröller-Müller in 1922 wijst op de mogelijkheid het werk Le Chahut van Georges Seurat te kopen. Het is haar laatste grote aankoop.
Wm H. Müller&Co, het bedrijf van de Kröllers, wordt zwaar getroffen door de economische recessie. De situatie wordt zo ernstig dat ook het landgoed op de Hoge Veluwe en de kunstcollectie gevaar lopen. Om de verzameling bij elkaar te houden schenkt Helene Kröller-Müller in 1935 haar collectie aan de Nederlandse Staat, onder voorwaarde dat er een passend museum wordt gebouwd.
De verzameling van het museum is opgebouwd rond de omvangrijke collectie werken van Vincent van Gogh, één van de meest indrukwekkende overzichten van zijn oeuvre. Ook George Seurat, Pablo Picasso, Fernand Léger, Piet Mondriaan en veel andere kunstenaars zijn met belangrijke schilderijen vertegenwoordigd.
Het Kröller-Müller Museum organiseert jaarlijks verschillende tijdelijke tentoonstellingen. Het betreft tentoonstellingen met kunstwerken uit de vaste Kröller-Müller collectie en tentoonstellingen over hedendaagse kunst.
