Konstsamfundets samling i Amos Rex är en av de mest omfattande privata konstsamlingarna i Finland. I den ingår 7 000 konstverk, av vilka majoriteten utgörs av målningar, skulpturer, teckningar, grafik och fotografier. Dessutom omfattar samlingen möbler och andra föremål från Amos Andersons (1878–1961) hem. Till Amos Andersons egen samling hör inalles 250 målningar och skulpturer.
Huvuddelen av konstverken i samlingen är införskaffade efter Amos Andersons död. I samlingen ingår företrädesvis modern finländsk 1900-talskonst. Det finns verk av konstnärer som tillhörde Novembergruppen så som William Lönnberg, Ragnar Ekelund och Alvar Cawén, 1930- och 1940-talskonst av Sulho Sipilä samt Rabbe och Torger Enckell. Även Prismagruppen med konstnärer som Yngve Bäck, Sigrid Schauman och Sam Vanni är representerad.
Förutom egen införskaffning av verk har museet under årens lopp fått flera donationer. Tack vare Felix Nylunds och Birger Carlstedts donationssamlingar har Amos Rexsamlingen blivit en skattkammare vad gäller ifrågavarande konstnärer. Genom betydande donationer är bl.a. konstnärerna Santeri Salokivi, Gunvor Grönvik, Georg Engeström, Olli Lyytikäinen och Rabbe Enckell välrepresenterade i samlingen. I samlingen ingår också rikligt med finländsk grafik samt utländsk grafik av bl.a. konstnärsparet Volker och Maija Dallmeier.
Dessutom förvarar Amos Rex Sigurd Frosterus konstsamling. Samlingens verk finns utställda i samlingssalen.
