По решению Московской городской думы, юридически теперь владевшей галереей, П.М.Третьяков был назначен ее пожизненным попечителем. Как и прежде, Третьяков пользовался почти единоличным правом отбора произведений, осуществляя покупки как на капитал, выделяемый думой, так и на свои собственные средства, передавая такие приобретения уже в качестве дара в "Московскую городскую художественную галерею Павла и Сергея Михайловичей Третьяковых" (таково было тогда полное название Третьяковской галереи). Продолжал Третьяков заботиться и о расширении помещений, пристроив в 1890-е годы к существующим 14 еще 8 просторных залов. Умер Павел Михайлович Третьяков 16 декабря 1898 года. После смерти П.М.Третьякова делами галереи стал ведать Совет попечителей, избираемый думой.
В его состав входили в разные годы видные московские художники и коллекционеры - В.А.Серов, И.С.Остроухов, И.Е.Цветков, И.Н.Грабарь. На протяжении почти 15 лет (1899 - нач. 1913) бессменным членом Совета была дочь Павла Михайловича - Александра Павловна Боткина (1867-1959).
В 1899-1900 годах опустевший жилой дом Третьяковых был перестроен и приспособлен для нужд галереи (ныне залы № 1, 3-7 и вестибюли 1 этажа). В 1902-1904 годах весь комплекс построек был объединен по Лаврушинскому переулку общим фасадом, построенным по проекту В.М.Васнецова и придавшим зданию Третьяковской галереи большое архитектурное своеобразие, до сих пор выделяющее его среди прочих московских достопримечательностей
В начале XX века Третьяковская галерея становится одним из крупнейших музеев не только России, но и Европы. Она активно пополняется произведениями как нового, так и старого русского искусства. В 1913-1918 годах по инициативе художника и историка искусства И.Н.Грабаря, бывшего в те годы попечителем Третьяковской галереи, реформируется ее экспозиция. Если раньше новые поступления выставлялись отдельно и не смешивались с основным собранием П.М.Третьякова, то теперь развеска всех произведений подчиняется общему историко-хронологическому и монографическому принципу, соблюдаемому и поныне.
Новый период в истории Третьяковской галереи начался после национализации галереи в 1918 году, превратившей ее из муниципальной собственности в государственную, закрепив за ней ее общенациональную значимость.
В связи с национализацией частных коллекций и процессом централизации музейных собраний количество экспонатов в Третьяковской галереи к началу 1930-х годов увеличилось более чем в пять раз. В состав галереи влился ряд малых московских музеев, таких, как Цветковская галерея, Музей иконописи и живописи И.С.Остроухова, частично Румянцевский музей. Одновременно с этим из состава галереи была выведена и передана в другие музеи коллекция произведений западноевропейского искусства, образованная из собраний С.М.Третьякова, М.А.Морозова и других дарителей.
За последние полвека Третьяковская галерея превратилась не только в огромный музей с мировой известностью, но и в крупный научный центр, занимающийся хранением и реставрацией, изучением и пропагандой музейных ценностей. Научные сотрудники галереи активно участвуют в разработке вопросов истории и теории русского искусства, устраивают многочисленные выставки как в нашей стране, так и за рубежом, читают лекции, проводят экскурсии, ведут большую реставрационную и экспертную работу, внедряют новые формы музейной компьютерной информатики. Третьяковская галерея обладает одной из богатейших в России специализированных библиотек, насчитывающей более 200 тысяч томов книг по искусству; единственной в своем роде фото- и слайдотекой; оснащенными современной техникой реставрационными мастерскими.
Быстрый рост коллекции Третьяковской галереи уже в 1930-е годы остро ставил вопрос о расширении ее помещений. Пристраивались, где это было возможно, новые залы, перестраивались и включались в комплекс галереи примыкавшие к ее территории жилые дома и иные постройки. К концу 1930-х годов экспозиционные и служебные площади были увеличены почти вдвое, но и этого было мало для быстро растущего и развивающегося музея. Начали разрабатываться проекты реконструкции Третьяковской галереи, включавшие в себя то проект сноса всех соседствующих с галереей зданий и расширение ее вплоть до набережной Обводного канала (проект архитекторов А.В.Щусева и Л.В.Руднева, 1930-е), то постройки нового здания на новом месте и переноса в него всей коллекции Третьяковской галереи (здание на Крымском валу, архитектор Н.П.Сукоян и др., 1950-1960-е). В результате многих дискуссий было принято решение о сохранении за Третьяковской галереей исторического помещения в Лаврушинском переулке. В начале 1980-х годов началась его реконструкция и расширение при активной поддержке директора Третьяковской галереи О.К.Королева (1929-1992). В 1985 году вступил в строй первый корпус - депозитарий, где разместились просторные хранилища для произведений различных видов искусства и реставрационные мастерские; в 1989 году - второй, так называемый Инженерный корпус, с помещениями для временных выставок, лекционным и конференц-залами, детской студией, информационно-компьютерной и различного рода инженерными службами. Реконструкция основного здания, начавшаяся в 1986 году, была завершена в 1994 году и окончательно галерея открылась для посетителей 5 апреля 1995 года.
За годы реконструкции сложилась новая концепция Третьяковской галереи как единого музея на двух территориях: в Лаврушинском переулке, где сосредоточиваются экспозиции и хранилища старого искусства, начиная с древнейших времен до начала 1910-х годов, и в здании на Крымском валу, экспозиционные площади которого отданы искусству XX века. Выставки, как старого, так и нового искусства, устраиваются на обеих территориях. В процессе перестройки здания галереи в Лаврушинском переулке новую жизнь обрели многие находящиеся в непосредственной близости к галерее историко-архитектурные памятники, включенные теперь в ее состав. Так, восстановленной после разорения 1930-х годов и отреставрированной церкви Святителя Николая в Толмачах (XVI-XIX вв.) придан статус "домовой церкви" при музее, то есть церкви и музея одновременно; в старинных городских постройках XVIII и XIX веков по Лаврушинскому переулку (дома № 4 и 6) будут располагаться дополнительные музейные экспозиции русской графики и древнерусского искусства. Разрабатываются проекты постройки нового выставочного зала на углу Лаврушинского переулка и Кадашевской набережной.
Нынешнее собрание Третьяковской галереи насчитывает более 100 тысяч произведений и делится на несколько разделов: древнерусское искусство XII-XVIII веков - иконы, скульптура, мелкая пластика, прикладное искусство (ок. 5 тыс. экспонатов); живопись XVIII - первой половины XIX века, второй половины XIX века и рубежа XIX и XX веков (ок. 7 тысяч произведений); русская графика XVIII - начала XX века (свыше 30 тысяч произведений); русская скульптура XVIII - начала XX века (ок. 1000 экспонатов); коллекция старых антикварных рам, мебели, прикладного искусства и огромный раздел (более половины всей коллекции) послереволюционной живописи, скульптуры и графики, размещающийся в помещениях на Крымском валу.