През 1928 година се поставя началото на Столичен общински музей с три отдела – музей, библиотека и архив. Обособяването на „картинна галерия” е важна част от дейността на музея. Музеят обитава различни сгради от 1929 до 1941 г., когато се открива специално построената сграда за Столичната градска библиотека и музей на пл. „Бански“ №3 (разрушена е по време на бомбардировките). Тук за пръв път е изложена софийската картинна сбирка.
В първите няколко години след Втората световна война музеят преминава през различни етапи на развитие и промени. През 1948 г. част от неговия художествен фонд е прехвърлен на новосъздадената Национална художествена галерия, за да постави началото на нейната художествена колекция. През април 1952 г. от Градския музей се отделят библиотеката и архивът, а през октомври същата година с решение на Столична община Музеят за история на София и Градската галерия са обявени за самостоятелни институции. Софийска градска художествена галерия е без свое изложбено пространство и излага колекцията си от края на 50-те до средата на 60-те години в зала на ул. „Левски“ №11, а след 1964 г., когато тази зала е разрушена, произведенията от фондовете се показват в различни градове в страната.
Галерията получава своето пространство в сградата на ул. „Ген. Гурко“ № 1 едва през 1973 г. Отваря врати през 1977 г. В средата на 70-те години СГХГ съхранява 2 607 произведения, разпределени в три фонда – живопис, графика и скулптура. Днес музеят е с четири отдела: живопис, скулптура, графика, съвременно изкуство и фотография, а колекцията наброява над 8 000 произведения на български художници от края на 19 век до наши дни. Част от скулптурните й творби са подредени на открито в Градската градина.
През годините Софийска градска художествена галерия се утвърждава като важно културното пространство на столицата. Изложбената политика на СГХГ след рухването на държавния социализъм през 1989 г. е отворена за широк спектър тематични, жанрови, стилови и исторически изложби. Редица инициативи и изложби са посветени на осмисляне на времето на социалистическия режим – ретроспекции за водещи художници като Иван Георгиев-Рембранд (куратор Красимир Илиев, 2008), "Лика и Генко" (куратор Красимир Илиев, 2010 г. ), Ангел Станев (куратор Красимир Илиев, 2012), Зиятин Нуриев (куратор Красимир Илиев, 2016) и др. Тематичните изложби са инициирани и подготвени от професионални куратори в Софийската градска художествена галерия - изложбата "Форми на съпротива" с куратор Красимир Илиев; изложбата "Визуални хроники - девет портрета на художници от втората половина на 20-ти век" с куратори Мария Василева и Даниела Радева (2017 г.). Успоредно СГХГ кани изтъкнати личности от други сфери на изкуството и културата да предложат своята гледна точка върху изкуството от социалистическата епоха, съхранено в Софийската градска художествена галерия. Такава изложба е например "Следобедът на една идеология" (2016 г.), чиито куратори са медийният експерт и журналист Георги Лозанов и писателят Георги Господинов.
Софийска градска художествена галерия развива научна и издателска дейност, както и образователни програми. Разширява кръга на своята публика чрез срещи, лекции, дебати, представяне на книги, концерти, прожекции на документални филми по определени теми. Галерията днес е територия, на която се осъществява диалог на поколенията художници и културната общественост.
