Francis Cadells skildring av ''George Street och Charlotte Square'' var vitkalkad och duken återanvändes av sonen till en annan färgkonstnär, Samuel Peploe.
Den skotska galleriet i Edinburgh upptäckte den saknade Cadell under bevarande.
Det uppskattas att målningen kan sälja för mer än 50.000 pund.
De skotska Colouristerna var fyra postimpressionistiska målare, Peploe och Cadell, tillsammans med John Leslie Hunter och John Duncan Fergusson.
De absorberade och omarbetade de starka och livfulla färgerna av samtida fransk målning till en distinkt skotsk idiom under 1920- och 1930-talen.
Det förlorade Cadellverket målades omkring 1909 från hans studio på 112 George Street i Edinburgh, och tittar tvärs över gatan till Charlotte Square.
När konstnären dog 1937 kom hans syster Jean Percival Clark, känd som skådespelerskan Jean Cadell, upp till Edinburgh för att reda ut sina affärer.
Hon fick hjälp av Denis Peploe, son till Samuel, som studerade vid Edinburgh College of Art.
Hon gav honom några av sin brors konstmaterial och inkluderade bland dukarna, förmodligen bland annat "George Street och Charlotte Square", tog av båren, vände och åter sträckt redo att användas igen.
Det är inte känt varför Cadell övergav målningen, som är färdig och bär en stark signatur.
Flera år senare målade Denis Peploe sin egen bild, Begonias, ett stilleben på ett diskbord och vitkalkade över Cadell exponerad på andra sidan.
Den skotska galleriet förvärvade Denis Peploe och i bevarandeprocessen upptäckte Cadell på baksidan.
Denis son, Guy, som är chef för Scottish Gallery, berättade för BBC Scotland att han hade köpt målningen på auktion och blev chockad när han fick ett samtal från bildkonservator.
"Han sa 'Jag tycker det finns något intressant på andra sidan bilden'.
"Jag sa, ta av den från båren och se vad vi kan se. Han ringde tillbaka några minuter senare och sa "nere vänstra hörnet, signatur FCB Cadell".
"Jag tror att jag kvävdes på morgonrullen."
Tommy Zyw från Scottish Gallery sade: " Man har hört talas om att ha målningar på båda sidor av en duk.
"Ofta om en konstnär kämpar, vänder han på det och försöker igen.
"Men i detta fall är detta ganska ovanligt att ha två målningar av två olika konstnärer - kopplade av en familjevänskap."
En förlorad målning av en av Scottish Colourists har upptäckts på baksidan av ett annat konstverk.