Po odzyskaniu niepodległości w 1919 roku, Muzeum Cesarza Fryderyka III przemianowano na Muzeum Wielkopolskie. W następnych latach przyjęto w depozyt zbiory z Muzeum im. Mielżyńskich oraz dokonano nowych zakupów, zwłaszcza w zakresie współczesnego malarstwa i rzeźby. W okresie międzywojennym muzeum rozrosło się do trzech oddziałów: Galerii Malarstwa i Rzeźby, zajmującej budynek przy pl. Wolności, Muzeum Archeologicznego w gmachu TPN (dawna siedziba Muzeum Mielżyńskich) oraz Muzeum Przyrodniczego przy Ogrodzie Zoologicznym (obecnie pod opieką Polskiej Akademii Nauk).
Podczas II wojny światowej władze niemieckie ponownie przemianowały instytucję na Kaiser Friedrich Museum Posen. Najcenniejsze dzieła wywieziono w głąb Rzeszy, część została zniszczona lub zagrabiona, zwłaszcza w Bitwie o Poznań w 1945 r. Największe straty poniosły zbiory przyrodnicze i etnograficzne.