Все предметы (более 10000) размещаются на пяти уровнях музея. Основу коллекции составляют творения импрессионистов и постимпрессионистов до начала Первой мировой войны. Подавляющее большинство картин принадлежит кисти исключительно французских авторов.
Среди известных мастеров, чьи работы экспонируются в д’Орсэ, можно выделить Клода Монэ, Поля Гогена, Огюста Ренуара, Винсента Ван Гога, Эдварда Мунка, Эдуарда Мане.
Кроме художественных полотен, значительное место в музее занимает скульптура. Экспонаты располагаются в центральной части здания, в пространстве цокольного этажа и являются неотъемлемой частью общей экспозиции. Здесь можно встретить блестящие творения Родена, Дега, Клодель, а также ценнейшие образцы интерьеров конца позапрошлого века.