Con l'ascesa al soglio pontificio di Paolo V Borghese (1605-1621), il cardinal nepote Scipione Caffarelli Borghese (1577-1633) intraprese un'intensissima committenza architettonica, dando contemporaneamente l'avvio a una sistematica acquisizione di opere d'arte, che avrebbero reso la sua collezione una delle più grandi dell'epoca.
Nel 1607, attraverso il sequestro dei dipinti dello studio del Cavalier d'Arpino, entrò in possesso di circa 100 dipinti, tra cui alcune opere giovanili di Caravaggio. Nello stesso anno acquisì la collezione del patriarca di Aquileia, mentre nel 1608 furono acquistati 71 straordinari dipinti appartenenti al cardinale Sfondrato, fra i quali si ipotizza la presenza dell'Amor Sacro e Amor Profano di Tiziano, del Ritratto di Giulio II(Londra, National Gallery) e della Madonna del velo(Chantilly, Musée Condé) di Raffaello.
L'estrema spregiudicatezza usata dal cardinal nepote nell'assicurarsi le opere d'arte e nell'assecondare la sua passione di collezionista moderno è testimoniata da numerose vicende, come quella dell'acquisto nel 1605 della Madonna dei Palafrenieri di Caravaggio, rifiutata dalla Confraternita poco tempo prima dell'esposizione nella cappella in San Pietro - forse per volontà dello stesso pontefice - o, ancora, dal rocambolesco trafugamento della Deposizione Baglioni di Raffaello, prelevata per volere di Scipione dal convento perugino di San Francesco a Prato, fatta calare dalle mura della città nella notte tra il 18 e il 19 marzo 1608 e in seguito dichiarata "cosa privata del cardinale" da Paolo V.
Altre opere di Raffaello erano presenti nella raccolta Borghese, quale prova evidente della sua indiscussa eccellenza: le Tre Grazie(Chantilly, Musée Condé), il Sogno del Cavaliere e la Santa Caterina (Londra, National Gallery), vendute dalla famiglia durante gli anni della Rivoluzione francese.
Anche la collezione di sculture antiche, altro fondamentale elemento capace di conferire un'aura di ideale universalità alle collezioni artistiche, era andata costantemente arricchendosi: dapprima con l'acquisto nel 1607 delle raccolte Della Porta e Ceuli; a queste, grazie a straordinari rinvenimenti occasionali, vennero ad aggiungersi il celeberrimo Gladiatore, oggi al Louvre, trovato nei pressi di Anzio, e l'Ermafrodito, scoperto durante gli scavi nei pressi della chiesa di Santa Maria della Vittoria.
Allo splendore dei marmi archeologici faceva eco la straordinaria novità della statuaria "moderna", in costante competizione con i modelli classici: dal 1615 al 1623 il giovane Gian Lorenzo Bernini eseguì per il cardinale i celeberrimi gruppi scultorei ancora oggi conservati nel Museo: la Capra Amaltea, l'Enea e Anchise, il Ratto di Proserpina, il David, l'Apollo e Dafne.
Un quadro abbastanza attendibile della collezione di opere d'arte di Scipione Borghese è fornito, in assenza di un preciso inventario di riferimento, dalla descrizione della Villa Pinciana edita nel 1650 ad opera di Giacomo Manilli, che illustra anche l'esterno della Villa e i suoi giardini. Per volere del cardinale, alla sua morte tutti i beni mobili e immobili furono sottoposti a uno strettissimo vincolo fidecommissario, istituzione giuridica che preservò l'integrità della collezione fino a tutto il XVIII secolo.
Alla fine del Seicento i Borghese potevano contare su una raccolta di circa 800 dipinti e su una delle più celebrate collezioni di antichità a Roma, oltre a uno sterminato patrimonio immobiliare. Fu proprio la raccolta archeologica a sollevare l'interesse di Napoleone Bonaparte, la cui sorella Paolina (1780-1825) era andata in sposa al principe Camillo Borghese (1775-1832). In seguito alla vendita forzosamente imposta dall'imperatore, le sculture, tra la fine del 1807 e il 1808, furono smontate dalla loro sede originaria e trasportate al Museo del Louvre, di cui oggi costituiscono uno dei nuclei fondamentali della collezione archeologica.
Negli anni successivi, attraverso le reintegrazioni operate con il recupero di statue e nuovi scavi promossi dall'incaricato di affari del principe, Evasio Gozzani di San Giorgio, la Palazzina Pinciana assunse l'aspetto che oggi possiamo ammirare. Allo stesso Camillo sono da riferire due dei più celebri capolavori della Villa: la statua di Paolina Bonaparte come Venere Vincitrice di Antonio Canova e la Danae di Correggio, acquistata nel 1827. Nel 1833 il principe rinnovò l'istituzione del vincolo fidecommissario, preservando l'integrità della collezione fino all'acquisto, nel 1902, del Museo e della Galleria da parte dello Stato Italiano.