Le opere – dipinti ma anche bronzetti rinascimentali, medaglie, statuaria minore – sono disposte negli ampi porteghi aperti con logge sul canale e nelle stanze che li fiancheggiano. Al primo piano spicca lo splendido S. Sebastiano del Mantegna, che si trovava nello studio del maestro alla sua morte (1506), tra le sue opere più drammatiche. Allo stesso livello sono anche il morbido Doppio ritratto scolpito da Tullio Lombardo e dipinti di Michele Giambono e del Carpaccio (Annunciazione, Visitazione e Transito della Vergine). Una scala intagliata quattrocentesca sale al secondo piano, dove si trovano opere di Antonie van Dyck (Ritratto di Marcello Durazzo), del Tintoretto (Ritratto di Niccolò Priuli), di Tiziano (Venere allo specchio; frammenti di affreschi staccati dal fondaco dei Tedeschi); inoltre affreschi del Pordenone, due Vedute di Venezia di Francesco Guardi, bozzetti di Gian Lorenzo Bernini per la fontana dei Fiumi in piazza Navona a Roma, una Crocifissione della cerchia di Jan van Eyck. Nell’attigua Ca’ Duodo è allestita una notevole raccolta di reperti ceramici rinvenuti nella Laguna.