El término pintura flamenca hace referencia a las obras realizadas entre los siglos XV y XVII en la región que coincide aproximadamente con la actual Bélgica. En el siglo XV comenzaron a producirse allí pinturas que cautivaron a los amantes del arte de toda Europa por el realismo de los detalles y el brillo de las superficies, conseguidos gracias al nuevo uso de la pintura al óleo. Dado que, desde finales del siglo XV, España y los antiguos Países Bajos estaban bajo el dominio conjunto de la dinastía de los Habsburgo, los monarcas españoles se encontraban en una posición ventajosa para coleccionar pintura de esta región. Como resultado, el Museo del Prado cuenta con una de las mejores y mayores colecciones de pintura flamenca que existen, con casi 1.000 obras.
Dentro de la colección de pintura del siglo XV destaca El descendimiento de la cruz de Rogier van der Weyden (ca. 1399-1464), una de las grandes obras canónicas de la historia del arte europeo. También están bien representados en el Prado Robert Campin (hacia 1375-1444), Hans Memling (activo de 1465 a 1494) y, a principios del siglo XVI, Gerard David (hacia 1460-1523) y Jan Gossaert (hacia 1478-1532).
El Bosco, conocido en España como El Bosco, es uno de los pintores que más fascina a los visitantes de los museos modernos por el notable mundo fantástico que se ve en sus cuadros y el tono satírico que empleó para criticar el comportamiento humano. Unas décadas después de la muerte del artista, Felipe II se convirtió en el principal coleccionista de sus obras, lo que explica que el Museo del Prado tenga la mejor y mayor colección del mundo.
En los siglos XVI y XVII, Amberes se convirtió en uno de los principales centros artísticos de Europa. De su competitivo mercado de arte surgieron los primeros paisajes conocidos, pintados por Joachim Patinir (ca.1480-1524), y el Prado cuenta con cuatro de sus obras más importantes. También estuvo activo en el siglo XVI el gran Pieter Brueghel el Viejo (1552/30-1569), creador del exquisito y macabro Triunfo de la muerte y también de El vino del día de San Martín, una de las adquisiciones más importantes realizadas por el Museo en las últimas décadas.
La gran figura de la pintura flamenca del siglo XVII fue Rubens (1577-1640), que se convirtió en el artista más célebre de Europa y fue también el pintor favorito de su gran mecenas español, Felipe IV. Rubens produjo una obra sensual y majestuosa inspirada en el arte de la antigüedad. El Museo del Prado posee la mayor colección de obras de Rubens que existe, con unos noventa cuadros (dependiendo de la aceptación o rechazo de una o dos atribuciones). También son muy importantes las obras de otros artistas flamencos del siglo XVII como Jan Brueghel el Viejo (1568-1625), Jordaens (1593-1678) y Van Dyck (1599-1641).
La colección de pintura renacentista alemana del Prado es pequeña pero de gran calidad. Incluye cuatro importantes cuadros de Durero (1471-1528), entre ellos un autorretrato, y dos importantes escenas de caza de Lucas Cranach el Viejo (1472-1553).
Los fondos de pintura holandesa del siglo XVII del Museo también son reducidos, debido a la guerra entre la monarquía española y las provincias del norte de los Países Bajos en la época en que se reunieron principalmente las colecciones reales. No obstante, el Prado posee un importante cuadro de Rembrandt, Judith en el banquete de Holofernes, y un notable grupo de paisajes de Jan Both (1618/22-1652) y Herman van Swanevelt (1603/4-1655), dos artistas holandeses que trabajaron en Roma.