Após o casamento, Pietro e Lina viajam para a América do Sul. Chegam ao Brasil ainda sem planos para permanecer e organizam três exposições no Rio de Janeiro, com a coleção trazida no navio. Nessa viagem, conhecem Assis Chateaubriand que convida Pietro M. Bardi a organizar e dirigir um museu. Inicialmente, a ideia era instalar o museu no Rio de Janeiro, mas a situação econômica e a configuração de São Paulo como principal pólo metropolitano do país alteram os planos iniciais.
O casal muda-se para São Paulo e, em 1947, é fundado o Museu de Arte de São Paulo (MASP) para o qual trabalharam todas as suas vidas. Pietro M. Bardi diretamente na direção da instituição e Lina Bo diretamente em muitas oportunidades projetando exposições, realizando mostras, criando a revista Habitat e a frente do projeto editorial dos primeiros números, realizando cursos e, por fim, projetando a sede definitiva que abriga o Museu e é um dos símbolos de São Paulo.
Depois de dois anos de funcionamento, Bardi decidiu criar uma escola de design dentro do museu. Inspirado pelos exemplos norte-americanos, ele pretendia construir um grupo de ateliês para os seus alunos. Com este objetivo em mente, Bardi e Chateaubriand visitaram o bairro do Morumbi. O projeto não se concretizou, mas Pietro e Lina decidiram construir uma casa no bairro, que funcionasse como extensão do MASP e pudesse abrigar visitantes e oferecer cursos. Compraram dois lotes, em 1949[1].
Lina colabora durante alguns anos com a Faculdade de Arquitetura e Urbanismo, da Universidade de São Paulo. No entanto, a contratação definitiva não ocorre e no final da década de 1950 inicia um contato profícuo com o Nordeste do país. Vai a Salvador em 1958 para dar conferências na Escola de Belas Artes, da Universidade da Bahia, e é convidada para dirigir o Museu de Arte Moderna da Bahia (MAM-BA), projetando, em 1960-3, o restauro do Solar do Unhão e sua adaptação para sede do museu.
Após o Golpe Militar de 1964 e a rigidez do novo governo, Lina Bardi retorna a São Paulo em 1966, retomando e concluindo o projeto do Museu de Arte Moderna de São Paulo (MASP) na Avenida Paulista, que é inaugurado em 1968. Durante seus últimos dez anos de vida, após a inauguração do SESC Pompéia em 1982, Lina realiza uma série de projetos, desfrutando de grande respeito nos meios profissionais e públicos, sendo apoiada pelos seus jovens colaboradores, Marcelo Ferraz, André Vainer e Marcelo Suzuki.
Lina Bo Bardi falece em 1992, mas um pouco antes cria com Pietro o Instituto Quadrante, que origina o Instituto Lina Bo e Pietro Maria Bardi, cuja missão é fomentar as artes e a arquitetura no país, dando continuidade à obra que o casal se dedicou no Brasil. Em 1996, já adoecido, Pietro Maria Bardia se afasta do comando do museu. Abatido e com sua saúde debilitada, ele falece em 1º. de outubro de 1999, tendo deixado a Casa de Vidro como sede do Instituto.