Les fascinantes salles de la galerie Estense représentent un parcours intéressant à la découverte des trésors artistiques commandés ou acquis par les souverains de Modène de la maison d'Este : cette riche dynastie a rassemblé un patrimoine inestimable de peinture, en particulier émilienne, et de sculpture, de collections d'antiquités et de majoliques, d'ivoires, d'instruments de musique et d'art appliqué. On y trouve des œuvres de la peinture émilienne, du XIVe au XVIIIe siècle, d'artistes tels que Tommaso et Barnaba da Modena, le Corrège, les Carracci, Guido Reni et le Guerchin, et bien d'autres. Ces œuvres se trouvent à côté de celles de grands artistes d'autres époques, tels que Cosmè Tura, Dosso Dossi, Cima da Conegliano (dont la Pietà est remarquable), Jacopo Bassano, Paul Véronèse, Palma le Jeune (Adoration des Mages), Garofalo, Velázquez (Portrait du duc François Ier), El Greco et Tintoretto.
On y trouve également un buste en marbre de François Ier sculpté par Gian Lorenzo Bernini, une collection de bronzes et d'autres objets d'arts appliqués (ivoires, cristaux, verres, céramiques, instruments de musique). La galerie fait partie d'un institut autonome, appelé Gallerie Estensi et créé en 2014, qui comprend également la bibliothèque universitaire d'Este, le musée lapidaire d'Este, la pinacothèque nationale de Ferrare et le palais ducal de Sassuolo.