Palazzo Altemps dostal svůj název podle kardinála Marco Sittico Altemps, který jej zakoupil v roce 1568 jako svou rezidenci. Palác byl postaven v roce 1477 stavitelem Girolamo Riario. Shromažďovat umělecká díla začal kardinál Marco Sittico Altemps a poté pokračoval jeho synovec Giovanni Angelo. Celou sbírku tvořily významné sochy, bohatá sbírka obrazů a několik textů a knih, které ukrývá knihovna Altempsiana.
Původní sbírku však dnes v muzeu neuvidíte. Od roku 1621 byla sbírka postupně rozebrána a dnes je součástí soukromých sbírek, vatikánských a velkých světových muzeí (Britské muzeum, Louvre, Puškinovo muzeum). Z původního jádra sbírky zůstalo několik jedinců, včetně 4 velkých soch, které se nacházejí na nádvoří (mladý Herkules, atlet, Demeter a Bacchante) a některé sochy na velkém schodišti.
Stěžejními sbírkami Palazzo Altemps jsou Ludovisi, Mattei, Del Drago a Egyptská sbírka.
Sbírka Ludovisi
Sbírka Ludovisi pochází z vily na Quirinal Ludovisi, odkud bylo v roce 1901 (z cílem zachování jádra původní sbírky) zakoupeno 104 soch. Tyto sochy byly umístěny do Kartouzského kláštera (Národní římské muzeum Diokleciánovy lázně) a v roce 1997 přemístěny do Palazzo Altemps. K nejdůležitějším exponátům této sbírky patří Trůn Ludovisi – mramorová vrchní část oltáře, která pochází z 5. stol. př.n.l. a je zdobena vyřezávanými reliéfy Afrodity a dívky hrající na flétnu.
Sbírka Mattei
Základem sbírky Mattei jsou sochy, které zdobily palácové zahrady ve Villa Mattei (známé také jako Villa Celimontana), kam byly umístěny v 2. polovině 16. století italským šlechticem Ciriaco Mattei. Po 1. světové válce stát vyvlastnil celý dům i s nábytkem a uměleckými díly a všechny sochy a ostatní cenná umělecká díla byla převezena do Národního římského muzea v Diokleciánových lázní. Zde byly vystaveny v zahradách až do roku 1996, kdy byly přemístěny do Palazzo Altemps.
Egyptská sbírka
Egyptská sbírka se skládá převážně z artefaktů, které byly nalezeny na území Říma a byly přivezeny z Egypta. Celá sbírka mapuje šíření egyptských kultů v Římě, proto jsou zde vystavena např. soška Isis nebo socha faraóna z helénistického období. Nejnovějším přírůstkem je hlava Artemis Efeské, která byla objevena při rekonstrukci tramvajové sítě podél Via Marmorata.