Le musée bénéficie de plusieurs espaces d’exposition  (actuellement seule la chapelle de l'Oratoire est ouverte au public)

- En 2016 un nouveau bâtiment  / le Cube offrira 2000 m2 supplémentaires d'exposition.  Ainsi en 2018, après le travaux d'extension et de rénovation, à la réouverture complète de l'ensemble muséal quatre espaces seront dédiés aux expositions temporaires.
-  le patio central 1 200 m², au cœur du musée
- la chapelle de l’Oratoire, magnifique espace baroque du XVII^e siècle de 450 m²,
- la salle Blanche, 70 m²,

Le musée des Beaux-Arts de Nantes conduit une dynamique et ambitieuse politique d’expositions temporaires accompagnées de publications, réunissant des photos de l’exposition, et des essais inédits. Désireux de mettre en  valeur toutes les périodes de l’histoire de l’art présentes dans les collections municipales, le musée programme des expositions de l’art ancien à l’art contemporain, dans un juste équilibre.
Parfois en résonance avec les collections du musée, les expositions offrent un nouveau regard sur une période ou un artiste. Tantôt thématiques, tantôt consacrées à un artiste ou à un mouvement, ces expositions font souvent appel à des prêts de musées d’art français ou étrangers ainsi qu’aux collectionneurs privés.
Au sein des collections permanentes, sont organisées des expositions dites « dossiers ».
Les espaces du musée permettent aux artistes  d’imaginer la création d’installations spécifiques : ainsi Anish Kapoor, François Morellet ou Ernesto Neto ont créé dans le patio des œuvres tout à fait remarquables.