یکی از بناهای باشکوه مجموعه سعد آباد ساختمان موزه هنرهای زیبا است که در جنوبی ترین نقطه سعد آباد واقع شده است .این موزه که هر روزه بسیاری از هنر دوستان را به خود جلب می کند دارای سه طبقه با 3600 متر زیر بنا است .
ساختمان این عمارت مربوط به زمان رضا شاه است که ساخت آن از سال ۱۳۱۹ شروع گردید و با تبعید رضا خان در سال ۱۳۲۰ به صورت نیمه کاره رها شد . از آنجا که در بنای آن سنگهای مرمر سیاه رنگ (از معدن ولی آباد چالوس) به کار برده شده بود به کاخ اسود معروف بوده است . از حدود سالهای ۱۳۴۲ تا ۱۳۴۳ تعمیراتی در این بنا انجام گرفت و در سال ۱۳۴۶ رسماً به عنوان وزارت دربار مورد بهره برداری قرار گرفت .
در سال ۱۳۵۷ با به وقوع پیوستن انقلاب اسلامی طبقه همکف به عنوان اداره کل موزه های کشور مورد استفاده قرار گرفت و از همان زمان طبقه دوم و سوم بنا جهت تبدیل به موزه آماده می گردید ، در سال ۱۳۶۱ با نام موزۀ هنرهای زیبا مورد بهره برداری قرار گرفت و در سال ۱۳۶۴ جهت بازدید عموم رسماً افتتاح گردید .این ساختمان دارای دو طبقه و هم کف میباشد که هر طبقه دارای یک سالن و گالریهای متعدد است و در حال حاضر در هر سه طبقه تابلو های بسیار زیبایی از شیوه ها و مکاتب گوناگون هنری ایران و جهان به نمایش درآمده است .
این تابلو ها بازماندۀ هنر نقاشان ایرانی و خارجی است.

هم اکنون طبقه همکف به ۱۹ اثر از آثار نقاشان معاصر ایرانی که به شیوه ای نو کار کرده اند اختصاص دارد .نقاشانی همچون : سهراب سپهری ،حسین محجوبی، فرامرز پیل آرام ، حسین زنده رودی ،پروانه اعتمادی ، نصرالله افجه ای و....
در طبقه اول موزه نقاشی های زیبایی از نقاشان اروپایی در مکاتب و شیوه های گوناگون به نمایش درآمده اند که در فاصله قرن ۱۷ تا ۲۰ میلادی ترسیم شده اند . نقاشی های غربی بر اساس مکاتب ملی مثل مکتب آلمان ،انگلیس، فرانسه، روس،و غیره تقسیم بندی شده اند .
از جمله نقاشان معروف اروپائی که آثاری از آنان در موزۀ هنرهای زیبا به معرض نمایش گذاشته شده میتوان سالوادر دالی ، جان فردرینگ هرینگ ، پیتر گراهام ، ایوانویچ شیشکین ، فرانسوا موزن و ژول برتون را نام برد .

در طبقه دوم موزه آثار نقاشی هنرمندان ایرانی از دوره صفویه تا قاجار به نمایش گذاشته شده است. نقاشی های دوره صفوی که در این موزه ارائه شده غالباً تصاویری است از افراد درباری آن زمان ، کسانی که احتمالاً هنرمندان نقاش را به شوق نقش تصویر خود به صورتگری وا می داشتند ،از این روست که می بینیم نقاشیهای باز مانده از آن ایام غالباً از صورت پادشاهان ، زنان و مردان درباری ، امرا و صاحب منصبان است .
اکثر این تابلو ها فاقد رقم است و فقط یک تابلو از دورۀ صفوی با عنوان مجلس شیرین و فرهاد (رقم محمد زمان ) را بر خود دارد که در مخزن موزه نگهداری میشود .از جمله آثار قابل تأملی که از این دوره در معرض تماشاست پنج تابلوی رنگ و روغن بر روی بوم است که افرادی را با چهره هایی اروپائی درلباسهای ایرانی به حالت ایستاده نشان میدهد . این آثار متأسفانه فاقد نام راقم خود می باشند .
در میان تابلو های طبقه دوم تابلوی بزرگی به چشم می خورد که نادر شاه را در حال تاج گذاردن بر سر محمد شاه گورکانی (پادشاه هند) نشان می دهد که عنوان آن (تاج بخشی نادر شاه ) و رقم( ابوالحسن ) را بر خود دارد و به تاریخ ۱۱۸۹ ه-ق یعنی سی سال پس از قتل نادر کشیده شده است.
در این طبقه آثاری مربوط به دورۀ زندیه وجود دارد ،از جمله تصویری از حضرت علی و حسنین که ملهم از عقاید مذهبی این دوره و همچنین چهرۀ شاهزادگان زند که کار نقاشان بنامی مانند محمد صادق ، سید میرزا و میرزا بابا که از صورتگران معروف دربار کریم خان بوده و بعد از فوت او به تهران نقل مکان کردند دیده می شود .
بیشترین آثار ارائه شده در طبقه دوم مربوط به دورۀ قاجار می باشد .در میان این تابلو ها به آثاری برمی خوریم که تصویر گرانشان از اعتبار و شهرت بسیار برخوردارند .
از جمله تابلو های نفیس این دوره ، تصویری است تمام قد از فتحعلیشاه قاجار که به گفته رابینسون منتقد هنری ، از با ارزشترین تابلو های رنگ و روغن در میان نقاشیهای ایرانی است .
این تصویر که ۱۲۵* ۲۴۶ سانتیمتر است از نقاش هنرمندی است به نام مهر علی که آن را در سال ۱۲۲۸ ه-ق کشیده و بدینگونه امضاء کرده است : ( رقم کمترین غلام ، مهر علی )

دیگر آثار ارائه شده را میتوان به ترتیب از تصاویر رقاصگان و نوازندگان درباری اثر ابوالقاسم و شیرین نگار ، چهره هایی از علما ء و عرفا ، شعرا و فلاسفه ایرانی اثر رجبعلی نقاش دورۀ محمد شاه نام برد .

در این موزه ۸ اثر نفیس از نقاش پر آوازه محمد غفاری ملقب به کمال الملک (۱۳۱۹-۱۲۲۲ ه-ش) ارائه شده که در صحت و پختگی رنگ و دقت در ساختمان کم نظیر است .