A coleção do Museu Sorolla é composta principalmente por pinturas que pertenceram ao próprio artista. Este museu, como nenhum outro, abriga a maioria das obras mais famosas de Sorolla, entre elas Passeio à beira-mar, Bata Rosa ou O Balandrito, entre muitas outras.

O jardim que a casa exibe atualmente é preservado exatamente como Sorolla o projetou, havendo no museu centenas de desenhos que assim o comprovam. O pintor quis capturar cada detalhe da habitação e se empenhou para que sua arquitetura e decoração fossem totalmente de acordo com seu gosto. Os detalhes são muito bem cuidados: plantas, mobiliário exterior e fontes de água continuam presentes e funcionando como há quase 100 anos.

Obras de outros artistas renomados também podem ser encontradas no museu, por exemplo, esculturas de Auguste Rodin e Mariano Benlliure. Além disso, centenas de peças de cerâmica, fotografias e pinturas.