Le opere di Willi Baumeister sono ospitate in importanti musei e collezioni, sia in Germania che all'estero. Di seguito sono elencate tutti i musei in cui sono conservati i suoi dipinti, oltre ad alcune importanti gallerie. Non sono state incluse le collezioni private che non hanno prestato il proprio consenso ad essere citate.
- Albstadt (D)
- Städtische Galerie Albstadt
- Amburgo (D)
- Galerie Brockstedt
- Hamburger Kunsthalle
- Amsterdam (NL)
- Stedelijk Museum
- Basilea (CH)
- Kunstmuseum Basel
- Bergen (N)
- Stenersens Samling, Bergen Kunstmuseum
- Berlino (D)
- Bundesministerium der Finanzen
- Deutsches Historisches Museum
- Nationalgalerie, Staatliche Museen zu Berlin - Preußischer Kulturbesitz
- Repubblica Federale Tedesca (rappresentata dal Ministero degli Interni)
- Berna (CH)
- Kunstmuseum Bern
- Biberach (D)
- Sammlung der Oberschwäbischen Elektrizitätswerke (OEW)
- Bielefeld (D)
- Kunsthalle Bielefeld
- Bochum (D)
- Museum Bochum
- Bonn (D)
- Kunstmuseum Bonn
- Brema (D)
- Casino Bremen
- Kunsthalle Bremen
- Bruxelles (B)
- Musée d'Art Moderne, Musées Royaux des Beaux-Arts de Belgique
- Buffalo, NY (USA)
- Albright-Knox Art Gallery
- Cardiff (GB)
- National Museum of Wales
- Chemnitz (D)
- Städtische Kunstsammlungen Chemnitz
- Colmar (F)
- Musée d'Unterlinden
- Colonia (D)
- Galerie Orangerie-Reinz
- Museum Ludwig
- Krefeld (D)
- Kaiser Wilhelm Museum
- Adolf Luther Stiftung
- Darmstadt (D)
- Galerie Sander
- Hessisches Landesmuseum
- Städtische Kunstsammlung
- Detroit, MI (USA)
- The Detroit Institute of Arts
- Dortmund (D)
- Galerie Uttermann
- Dublino (IRL)
- Hugh Lane Municipal Gallery of Modern Art
- Duisburg (D)
- Wilhelm Lehmbruck Museum der Stadt Duisburg
- Düren (D)
- Leopold-Hoesch-Museum Düren
- Düsseldorf (D)
- Galerie Ludorff
- Galerie Margret Heuser
- Galerie Schwarzer
- Kunstmuseum Düsseldorf
- Kunstsammlung Nordrhein-Westfalen
- Essen (D)
- Galerie 20.21
- Museum Folkwang Essen
- Francoforte sul Meno (D)
- Städelsches Kunstinstitut und Städtische Galerie
- Sammlung Deutsche Bank AG
- Friburgo in Brisgovia (D)
- Museum für Neue Kunst, Städtische Museen Freiburg im Breisgau
- Friedrichshafen (D)
- Zeppelin Museum Friedrichshafen
- Gelsenkirchen (D)
- Städtisches Museum Gelsenkirchen
- Gerusalemme (ISR)
- The Israel Museum
- Grafenau / Stoccarda (D)
- Galerie Schlichtenmaier
- Grenoble (F)
- Musée de Grenoble
- Hagen (D)
- Karl Ernst Osthaus-Museum der Stadt Hagen
- Hannover (D)
- Sprengel Museum Hannover
- Niedersächsische Landesgalerie, Niedersächsisches Landesmuseum
- Høvikodden (N)
- Henie-Onstad Kunstsentret
- Kaiserslautern (D)
- Pfalzgalerie Kaiserslautern
- Karlsruhe (D)
- Staatliche Kunsthalle Karlsruhe
- Städtische Galerie Karlsruhe
- Künzelsau (D)
- Sammlung Würth
- Küsnacht (CH)
- Sammlung Neupert
- Lipsia (D)
- Galerie für Zeitgenössische Kunst Leipzig (Dauerleihgabe des Kulturkreises der deutschen Wirtschaft im Bundesverband der Deutschen Industrie e.V.)
- Linz (A)
- Neue Galerie der Stadt Linz / Wolfgang-Gurlitt-Museum
- Locarno (CH)
- Fondazione Marguerite Arp
- Pinacoteca Comunale Casa Rusca
- Ludwigsburg (D)
- Kreissparkasse Ludwigsburg
- Ludwigshafen s. R. (D)
- Wilhelm-Hack-Museum
- Madrid (E)
- Museo Thyssen-Bornemisza
- Magonza (D)
- Landesmuseum Mainz
- Mannheim (D)
- Städtische Kunsthalle Mannheim
- Marburgo (D)
- Marburger Universitätsmuseum für Kunst und Kulturgeschichte
- Milano (I)
- Lorenzelli Arte
- Milwaukee, WI (USA)
- Milwaukee Art Museum
- Monaco di Baviera (D)
- Bayerische Staatsgemäldesammlungen
- Galerie Fred Jahn
- Gesellschaft der Freunde der Ausstellungsleitung München e.V., Haus der Kunst
- Mönchengladbach (D)
- Städtisches Museum Abteiberg
- Sammlung Heike und Ludwig Bernhard Lühl (come prestito permanente nella Städtische Kunstsammlungen Chemnitz)
- Monheim (D)
- Schwarz Pharma KG
- Mülheim an der Ruhr (D)
- Städtisches Museum
- Münster (D)
- Westfälisches Landesmuseum für Kunst und Kulturgeschichte
- New York (USA)
- Achim Moeller Fine Art
- The Museum of Modern Art
- Nürtingen (D)
- Stiftung Domnick des Landes Baden-Württemberg
- Oldenburg (D)
- Landesmuseum Oldenburg
- Parigi (F)
- Musée National d'Art Moderne, Centre Georges Pompidou
- Galérie Jeanne Bucher
- Reutlingen (D)
- Sammlung Manfred Wandel
- Roma (I)
- Galleria Nazionale d'Arte Moderna
- Saarbrücken (D)
- Saarland Museum
- Saint Louis, MS (USA)
- The Saint Louis Art Museum
- Saint-Etienne (F)
- Musée d'Art Moderne
- Salisburgo (A)
- Salis & Vertes
- São Paulo (BRA)
- Museu de Arte Contemporânea da Universidade de São Paulo
- Sciaffusa (CH)
- Museum zu Allerheiligen
- Schleswig (D)
- Stiftung Schleswig-Holsteinische Landesmuseen Schloss Gottorf
- Sindelfingen (D)
- Galerie der Stadt Sindelfingen
- Sammlung Reinheimer
- IBM Deutschland GmbH
- Stoccarda (D)
- Kunstmuseum Stuttgart
- Galerie Dorn
- Galerie Valentien
- Industrie- und Handelskammer, Region Stuttgart
- Kunsthaus Bühler
- Daimler Kunst Sammlung
- Sammlung Landesbank Baden-Württemberg
- Staatliche Akademie der Bildenden Künste Stuttgart
- Staatsgalerie Stuttgart
- Südwestrundfunk
- Strasburgo (F)
- Musée d'Art Moderne
- Tel Aviv (ISR)
- Tel Aviv Museum of Art
- Ontario (CDN)
- Art Gallery of Ontario
- Ulma (D)
- Ulmer Museum
- Vézelay (F)
- Fondation Zervos
- Vienna (A)
- Museum moderner Kunst Stiftung Ludwig
- Secession (als Dauerleihgabe im Museum moderner Kunst, Stiftung Ludwig in Wien)
- Wiesbaden (D)
- Museum Wiesbaden
- Witten (D)
- Märkisches Museum der Stadt Witten
- Wolfsburg (D)
- Städtische Galerie Wolfsburg
- Wuppertal (D)
- Von der Heydt-Museum
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