Deux musées d’Art moderne (l’un de la Ville, l’autre de l’État) ont été créés en 1937, à l’occasion de l’Exposition internationale des arts et techniques de la vie moderne. La Ville de Paris souhaite alors scinder les collections du musée du Petit Palais, pour créer un musée d’art moderne dédié aux courants artistiques du XXe siècle. La même réflexion s’engage par l’État, sur les musées du Luxembourg et du Jeu de Paume. Ce qui donne naissance au projet conjoint du Palais de Tokyo, construit en 1937 par les architectes Jean-Claude Dondel et André Aubert (épaulés par Paul Viard et Marcel Dastugue). Son nom vient du « quai de Tokyo » (actuelle avenue de New York) sur laquelle donne sa façade Sud.

Le Palais comprend deux grandes ailes symétriques et perpendiculaires à la Seine, reliées par un portique d’honneur central, formant un péristyle à double colonnade et ouvrant sur des terrasses et des emmarchements descendant jusqu’au fleuve. Le bâtiment, emblématique de l’architecture des années 30, allie des éléments classiques et modernes. Le décor sculpté suit une thématique mythologique en accord avec la fonction de l’édifice, centrée sur la figure d’Apollon comme dieu des arts et entourée de centaures et de nymphes.

L’État y installe ainsi le Musée d’art Moderne national en 1947, avant de le transférer au Centre Pompidou en 1977, tandis que la Ville de Paris y crée le Musée d’art moderne en 1961.
Situé dans l’aile est du Palais, le Musée d’art moderne de la ville de Paris, riche de plus de 11 000 œuvres est l’un des plus grands musées d’art moderne de France. Depuis 2002 (suite à plusieurs affectations dédiées aux arts visuels), se trouve dans l’aile ouest du Palais, le plus grand centre d’art contemporain d’Europe, portant également le nom de Palais de Tokyo, qui a été réhabilité par les architectes Anne Lacaton et Jean-Philippe Vassal.