Zu den Besonderheiten und Stärken der Oltner Skulpturenkollektion, die aus praktischen Gründen eher ein Randgebiet der Sammlungstätigkeit darstellt, das in enger Anlehnung an die Gemälde-, Zeichnungs- und Graphikbestände gewachsen ist, gehören neben grösseren Werkgruppen von Karl Geiser (1898–1957), Franz Eggenschwiler (1930–2000) und Christian Rothacher (1944– 2007) markante Arbeiten von Walter Bodmer (1903–1973), Walter Linck (1903–1975), Oscar Wiggli (*1927), Schang Hutter (*1934), Flavio Paolucci (*1934), Hugo Suter (*1943), Marguerite Hersberger (*1943) und Marianne Flück-Derendiger (*1957).

Eine Sonderstellung nimmt der mit 35 Werken am prominentesten vertretene Jakob Probst (1880–1966) ein, der das Museum 1959 mit einer grosszügigen Schenkung bedachte, die zur Einrichtung eines inzwischen aufgehobenen Probst-Kabinetts führte. Der in Basel und Genf ansässige Künstler war Olten über Freunde verbunden. Gefestigt wurde diese Beziehung, als die Stadt den ursprünglich als Hodlerdenkmal für Genf konzipierten «Krieger» (1950) ankaufte, der heute als Wehrdenkmal im Stadtpark steht.

Die Kunst im öffentlichen Raum stellt einen weiteren Bezugspunkt für die Skulpturensammlung des Museums dar, bewahrt es doch verschiedene Vorarbeiten zu ausgeführten und nicht realisierten Skulpturprojekten. Erwähnung verdienen die Entwürfe für Otto Charles Bänningers (1897–1973) Reiterstandbild «Remonte!» (1957), Oltens Wahrzeichen, das Ankömmlinge an der Bahnhofsbrücke begrüsst.

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