Художественная галерея размещается в одном из корпусов бывшего иезуитского коллегиума, памятника архитектуры XVIII века. Общая площадь музея составляет 900 м2. В экспозиции галереи представлены коллекции культового прикладного искусства XII–XIX веков, иконописи XVIII–XX веков, светской портретной живописи XVIII века, изобразительного искусства Беларуси ХХ века. Художественная галерея располагает двумя выставочными залами для показа сменных выставок и художественным салоном. Полоцкая городская картинная галерея была открыта 20 февраля 1981 года как филиал Краеведческого музея. В 1985 году она вошла в состав Полоцкого историко-культурного музея-заповедника. С 1981 по 1991 год Картинная галерея размещалась в здании Богоявленского собора, памятнике архитектуры XVIII века, который раньше являлся собором Богоявленского мужского монастыря, основанного в XVI веке. В 1992 году, в связи с передачей здания Богоявленского собора Полоцкой епархии, деятельность Картинной галереи продолжилась в здании Музея белорусского книгопечатания.
С 2002 года Художественная галерея, как филиал Национального Полоцкого историко-культурного музея-заповедника, размещается в одном из корпусов бывшего иезуитского коллегиума, открытого в 1581 году по указанию короля Речи Посполитой Стефана Батория. После 1784 года строительство новых корпусов коллегиума возглавил Габриель Грубер — известный в Европе архитектор, математик, физик, астроном, теолог. По его проекту в 1788 году был построен специальный трехэтажный корпус для музея. Среди коллекций исторического и естественнонаучного планов, в этом музее находилась картинная галерея, в собрании которой были полотна Сальватора Розы из Вероны, варшавского художника Шимона Чеховича, работы Игнатия Дорати, Августина Недвецкого, Малаховского и других, копии с полотен Рафаэля, Тициана, Рубенса. Стены галереи украшали фрески, выполненные самим Г.Грубером. В настоящее время в Художественной галерее размещены: постоянная экспозиция, несколько залов для сменных выставок и Художественный салон. Постоянная экспозиция знакомит с развитием изобразительного искусства Беларуси, начиная с раздела «Стенопись XII–XIX веков Спасо-Преображенской церкви XII века Полоцкого Спасо-Евфросиньевского монастыря». Раздел иконописи XVIII–XIX веков, помимо бытовавших культовых предметов, включает в себя шесть икон XVIII века местной школы иконописи из иконостаса Софийского собора, коллекцию культового медного литья XIX века и предметы археологии XII века. Раздел «Искусство Беларуси XX века» в хронологическом порядке, с 1935 года, прослеживает этапы развития белорусского искусства и знакомит со значимыми именами художников. Коллекции постоянно пополняются по мере проведения археологических раскопок в городе, раскрытия стенописи одного из древнейших храмов Беларуси, Спасо-Преображенской церкви XII века, изучения и поиска исторического прошлого Полотчины, приобретения произведений белорусских художников.