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L'association des Arts (Kunstverein) de Brême, fondée en 1823, avec ses quelque 6 000 membres, est l'organisme gérant du musée. La collection put s'étendre progressivement grâce aux dons de plusieurs mécènes : de 1899 à 1906, sous la direction d'Eduard Gildemeister(de), le bâtiment fut considérablement agrandi.
L'ensemble de la Kunsthalle eut à subir un assainissement de 1996 à 1998, ce qui occasionna plusieurs fermetures mais permit également de construire de nouvelles salles pour les œuvres d'art contemporaines.
En 2017, l'éditeur Carl Schünemann a fait don au musée de 35 tableaux, dont 32 de peinture hollandaise du xviie siècle. C'est à ce jour le don le plus important reçu par la Kunsthalle au cours de son histoire.