Важная часть коллекции Тартуского художественного музея связана с художниками творческого объединения «Паллас», благодаря которым и был основан Тартуский художественный музей. Среди работ членов художественного объединения представлены как произведения Николая Трийка, Конрада Мяги и Адо Ваббе, так и работы более поздних членов объединения, например, Александра Варди, Йоханнеса Выэрахансу, Карла Пярисмяэ, Карин Лутс, Эльмара Китсе и других.
Наряду с членами объединения «Паллас» среди художников XX века также представлены члены группировки эстонских художников («Eesti Kunstnikkude Rühm») — Мярт Лаарман, Арнольд Акберг и пр., а также другие художники, преимущественно связанные с Таллинном, например, Адамсон–Эрик и Йоханнес Гринберг.
Вторая половина XX века представлена художниками, относившимся к т.н. Тартускому кругу друзей («Tartu sõpruskond»). Среди них, Юло Соостер (который в 1960-х годах был идейным лидером московского авангарда), Лембит Кярнер, Валве Янов, Лидия Валлимяэ–Марк и Сильвия Йыгевер. Среди художников, получивших образование в Таллинне, представлены Олав Маран, Олев Субби, Энн Пылдроос, Юрий Аррак, Малле Лейс, Кристина Касик, Андрес Толтс, Яан Элкен и другие. Из новейших художников Эстонии в собрании представлены работы Пеэтера Аллика, Яана Тоомика, Кайдо Оле и Алисы Касе.