Situé au cœur de Lille, le Palais des beaux-arts se distingue par un bâtiment caractéristique du XIXe siècle. À son entrée, une fontaine à jets d’eau met en valeur le « Groupe des trois », célèbre sculpture d’Eugène Dodeigne.
Considéré comme l’un des plus riches musées de France après le Louvre, l’établissement réunit des collections de grande diversité. Le musée conserve notamment des peintures européennes, avec des œuvres de Rubens, Van Dyck, Goya et Delacroix, ainsi que des peintures françaises du XIXe siècle, représentées entre autres par David et Courbet. Ses collections comprennent également des sculptures du XIXe siècle, notamment de Rodin, Claudel et Carpeaux, des céramiques et un département consacré au Moyen Âge et à la Renaissance.
Le Palais des beaux-arts possède aussi un important cabinet de dessins, qui comprend notamment 40 feuilles de Raphaël, ainsi que des plans en relief de villes fortifiées par Vauban. Ces maquettes du XVIIIe siècle constituent un ensemble consacré aux fortifications urbaines.
Des travaux de rénovation réalisés en 1997 ont permis d’aménager les sous-sols et d’y installer une salle d’expositions temporaires d’envergure internationale, un auditorium, une bibliothèque et des ateliers pédagogiques. Le musée est ouvert le lundi de 14 h à 18 h, puis du mercredi au dimanche de 10 h à 18 h. Il est fermé le mardi et certains jours fériés. L’accès est facilité par la ligne 1 du métro, à la station « République Beaux-Arts ».