A Coleção Moderna data da criação da Fundação Calouste Gulbenkian, em 1956, e encontra-se reunida no edifício que se localiza na parte sul do jardim, projeto do arquiteto Sir Leslie Martin (1983), sendo considerada a mais completa coleção de arte moderna portuguesa.
De Amadeo de Souza-Cardoso a Paula Rego ou Vieira da Silva, a Coleção Moderna mostra alguns dos artistas portugueses mais conceituados internacionalmente e continua a aumentar a sua coleção de obras de arte contemporânea através de doações e aquisições.
Dia 30 de janeiro foi inaugurada a renovação da exposição da Coleção Moderna, na qual são apresentadas 80 novas obras, entre as quais Dead End #01 (2001), e ficará patente até ao fecho para obras no Verão.
A partir de 1 de agosto de 2020, o edifício que aloja a Coleção Moderna do Museu Calouste Gulbenkian vai encerrar para obras. Reabrirá no primeiro trimestre de 2022 com espaços exteriores renovados, novos acessos, um novo circuito de atravessamento (permitindo a ligação entre a parte sul e a parte norte do jardim) e uma nova área expositiva. Esta intervenção, que permitirá abrir todo o Parque de Santa Gertrudes à cidade, é assinado pelo arquiteto japonês Kengo Kuma, em associação com o arquiteto paisagista Vladimir Djurovic.