Powstał dzięki decyzji władz miejskich. W 1907 r. otwarto Galerię Narodową miasta Lwowa. Dysponowała ona już wówczas obrazami darowanymi m.in. przez lwowskiego mecenasa Michała Toepfera i zakupionymi z pieniężnego daru innego adwokata – Władysława Dulęby, w tym pierwszym obrazem nabytym dla galerii – „Zgonem Acerna” Wilhelma Leopolskiego.
Do pierwszych nabytków należały „Śluby króla Jana Kazimierza w lwowskiej katedrze” Jana Matejki. Dzięki zakupom i prywatnym ofiarodawcom w Galerii Narodowej zgromadzono znakomitą kolekcję obrazów malarzy polskich. Jak podaje Maciej Matwijów w książce „Walka o lwowskie dobra kultury w latach 1945 – 1948 przed 1939 r. zbiór liczył 1310 obrazów, w tym 45 prac Grottgera, 38 – Matejki, 36 – Malczewskiego, 27 – Pruszkowskiego, 24 – Stanisławskiego, 10 – Siemiradzkiego, 3 – Chełmońskiego. Do Galerii należała także „Panorama racławicka” Styki i Kossaka.
W 1940 r. podczas sowieckiej okupacji do zbiorów Galerii Narodowej włączono obrazy znajdujące się dotąd w Muzeum im. Lubomirskich stanowiącym część Ossolineum oraz w Bibliotece Baworowskich. Do galerii trafiły też zbiory Bolesława Orzechowicza będące częścią Muzeum Narodowego im. Jana III we Lwowie oraz obrazy z kolekcji Dzieduszyckich. Zebraną kolekcję okradli w latach wojny Niemcy, zabierając ok. 200 obrazów.
Po wojnie w ramach tak zwanego daru sowieckiej Ukrainy przekazano Polsce 198 obrazów, rysunków, akwareli i pasteli, co stanowiło 4,6 proc. całej kolekcji. To niewielkie uszczuplenie zbiorów należących teraz do Lwowskiej Galerii Obrazów (dziś: Lwowska Galeria Sztuki) zostało z naddatkiem zrekompensowane poprzez przekazanie jej obrazów ze zbiorów m.in. Lwowskiego Muzeum Historycznego, Lwowskiego Muzeum Sztuki Ukraińskiej. Kolekcja powiększała się także poprzez zakupy.
Oprócz prac wymienionych już malarzy Lwowska Galeria Sztuki posiada także obrazy Czachórskiego, Sichulskiego, Ruszczyca, Rodakowskiego, Podkowińskiego, Mehoffera, Ślewińskiego, Czapskiego, Waliszewskiego.
Obrazy z lwowskiej kolekcji mieszczącej się w dawnym pałacu Łozińskich przy ulicy Stefanyka (dawniej: Ossolińskich) są często pokazywane w Polsce na wystawach monograficznych malarzy. W 2006 r. ukazała się album Igora Chomyna, kustosza działu malarstwa: „Arcydzieła malarstwa polskiego ze zbiorów Lwowskiej Galerii Sztuki”.
