A exposição permanente dedicada à azulejaria dos séculos XIX e XX organiza-se em torno do piso superior do claustro de D. João III.

Mostram-se os exemplares de padrão produzidos, em técnicas semi-industriais e industriais, nas novas fábricas surgidas, a partir de 1840, em Lisboa, Porto e Gaia. Esta produção permitiu que o azulejo tivesse uma grande aplicação, principalmente no revestimento de fachadas, criação fundamental para a definição das identidades urbanas em Portugal. Integrando ainda este núcleo, surgem algumas obras de Rafael Bordalo Pinheiro (1846-1905), responsável pela introdução da estética arte nova, produzidas na Fábrica que fundou, em 1884, nas Caldas da Rainha.

A exposição do século XX abre com alguns dos primeiros enunciados do Modernismo, padrões do arquiteto Raul Lino (1879 -1974), desenhados entre 1907 e 1915. Destaque também para trabalhos de Jorge Barradas (1894-1971), ilustrador e pintor com numerosas obras cerâmicas integradas em edifícios nas décadas de 1940 e 1950. A coleção de azulejaria moderna apresenta várias obras da pintora Maria Keil (1914-2012) uma das principais responsáveis pela presença do azulejo em equipamentos urbanos, através do desenho de projetos de padrões para arquiteturas de escala monumental, como o Metropolitano de Lisboa. No núcleo da exposição permanente dedicado à azulejaria contemporânea, é possível admirar trabalhos de alguns dos nomes incontornáveis da continuidade de uma arte com cinco séculos em Portugal, como sejam Querubim Lapa (1925-2016), Júlio Pomar (1926-2018), Manuel Cargaleiro (n. 1927), Eduardo Nery (1938-2013), Ilda David (n. 1955), Fernanda Fragateiro (n. 1962) ou Bela Silva (n. 1966).