대전을 지역기반으로 현대미술을 체계적으로 연구하고 이를 바탕으로 작품을 수집 보존하며, 전시와 교육을 통하여 시민과 공유하는 시각예술 분야를 전문으로 하는 미술관이다. 지역미술을 연구, 조사, 전시하며, 우리나라 현대미술의 현재와 미래를 진단, 조망하고, 과학도시 대전의 특수성을 접목한 미디어·디지털 아트를 선도하기 위해 노력하고 있다. 또한 해외 미술과의 유기적 관계를 통한 연구와 전시로 우리미술의 발전에 기여하고 시민과 미술이 융화하여 미술문화를 가꾸고 향유하는 생활문화공간을 목표로 한다.
1998년에 설립된 대전시립미술관은 한국 현대미술 전반의 중요한 흐름을 연구하고 전시 및 교육 정책을 통해 시민사회에 예술문화의 확산을 모색하는 공공미술관이다. 2005년 9월에는 이응노미술관을 열었다. 이응노미술관은 2012년부터 분관 형태로부터 벗어나 재단법인을 만들어 독립했다. 2008년에는 또 다른 분관으로서 대전시립미술관 창작센터를 열었다. 대전시립미술관은 2012년 현재 중부권의 거점 미술관으로서 1본관 1분관을 갖추고 미술문화 확산에 기여하는 주요 공공미술관으로 기능하고 있다.
대전시립미술관은 전시실, 수장고, 강당, 세미나실, 자료실, 교육실기실, 분수공원, 잔디공원 등의 시설을 갖추고 있으며 1,100여점에 달하는 소장품을 보유하고 있다(2011년 현재). 대전지역에서 활동한 근대미술 작가들을 비롯해서 현대미술 작가들의 작품을 다수 소장하고 있다. 특히 과학기술도시인 대전의 미술관으로서 뉴미디어아트 분야 주요 작가들의 대표작을 소장하고 있다. 또한 대전지역의 미술과 한국현대미술의 흐름을 정리하는 국내외 기획전을 열고 있다. 시민교육과 어린이교육 분야에서도 시민과 학생의 호응을 얻고 있고, 창작센터의 전시프로그램을 통하여 청년작가 육성에도 기여하고 있다.
대전시립미술관은 중부지역을 대표하는 공공미술관으로서 대전지역의 미술을 체계적으로 연구하고 육성하는 미술관 역할을 수행하고 있으며, 과학기술도시의 정체성을 문화적 관점에서 발전시키기 위하여 전시기획과 소장품 정책을 특화하고 있다. 또한 창작센터의 활동으로 원도심인 대흥동 일대의 활성화를 모색하고 있다.