Misją Muzeum jest sprawowanie opieki nad powierzonymi dobrami dziedzictwa kultury światowej, narodowej i regionalnej: dziełami sztuki oraz zabytkami kultury materialnej i niematerialnej, a także umożliwianie współczesnemu odbiorcy kontaktu z ich wartościami.

Muzeum realizuje swoją misję poprzez gromadzenie zbiorów i ich naukowe opracowanie, prowadzenie prac badawczych
i konserwatorskich, organizację wystaw i wydarzeń kulturalnych oraz działalność edukacyjną, popularyzatorską i wydawniczą z zakresu sztuki, historii, numizmatyki, techniki, archeologii, etnografii oraz fonografii i kultury muzycznej. Szczególny akcent położony jest na zbiory związane z Bydgoszczą i regionem, na sztukę nowoczesną oraz twórczość patrona Muzeum Leona Wyczółkowskiego.

Stwarzając dogodne warunki uczestnictwa w kulturze odbiorcom niezależnie od wieku, przekonań, wykształcenia, stopnia niepełnosprawności, statusu społecznego i pochodzenia, Muzeum aktywnie uczestniczy w procesie kształtowania świadomości historycznej i postaw estetycznych społeczeństwa oraz tworzy szeroką płaszczyznę wymiany myśli naukowej
z różnych dyscyplin wiedzy. Muzeum czynnie wspiera szanse indywidualnego rozwoju odbiorcy poprzez podejmowanie interaktywnych zadań.

W duchu współpracy i wielokulturowego dialogu Muzeum buduje lokalną, narodową oraz europejską tożsamość Bydgoszczy, regionu i jego mieszkańców.