W skład kolekcji wchodziły dzieła ówczesnych artystów francuskich i holenderskich. Zbiory szybko się powiększały i różnicowały, począwszy od sztandarów milicji miejskiej do wyposażenia aptek. W latach 1920–1940 większą część tej kolekcji przeniesiono do innych pomieszczeń. Na początku lat 70. Stedelijk stało się wyłącznie muzeum sztuki nowoczesnej.
Dzięki donacji 217 prac w 1949 i kolejnych 101 w 1962, pochodzących ze Stowarzyszenia na rzecz Utworzenia Publicznej Kolekcji Sztuki Współczesnej, Stedelijk weszło w posiadanie znaczącego zbioru dzieł sztuki z końca XIX i początku XX wieku. Po 1910 roku Muzeum przejęło również znaczące, długoterminowe wypożyczenia i dary od prywatnych kolekcjonerów, takich jak P. Boendermaker, F. Koenigs i PA Regnault. W latach 1930–1972 muzeum było w posiadaniu znaczącej kolekcji dzieł Vincenta van Gogha, będącej jedną z najważniejszych atrakcji muzeum. W 1972 roku wiele z tych dzieł przeniesiono do nowo otwartego Muzeum Vincenta van Gogha, położonego w pobliżu Stedelijk.
Po 1945, dzięki kuratorowi i projektantowi, Willemowi Sandbergowi zgromadzono dzieła niemieckich i holenderskich ekspresjonistów.