Nach einem Entwurf des britischen Architekten David Chipperfield wurde das Haus in zwei Ebenen auf einer Fläche von 17.000 m² errichtet. Im Erdgeschoss befinden sich Foyer, Bibliothek, Konferenzräume, Restaurierungswerkstätten und die museumspädagogischen Bereiche für Kinder und Jugendliche. Das Obergeschoss enthält die ständige Schausammlung und Sonderausstellungsräume. Wesentliches Merkmal der Architektur sind die von außen gesehen quaderförmigen Baumassen aus Glas und Beton, die, im Obergeschoss mit Titanblech verkleidet, an die industrielle Vergangenheit des Ortes erinnern. Diese Außenansicht kontrastiert mit den nur von innen erlebbaren, vorhangartig kurvenden Glasflächen rund um das große zentrale Atrium des Ausstellungsbereiches im Obergeschoss. Sie „bilden so etwas wie eine nach innen gekehrte Schaufassade“, die „einen fast sakralen Ort schafft“. Ursprünglich sollte der Bau zur Eröffnung der Expo 2015, die unter dem Motto "Feeding the Planet" ("„Welternährung“") stand, fertiggestellt sein, die offizielle Eröffnung verschob sich aber, weil ein Streit zwischen der Stadt und dem Architekten um Kosten und Termine dazu geführt hatte, dass sich Chipperfield aus dem Projekt verabschiedete. Auslöser war die Verwendung billigen und schlecht verlegten Lavasteins statt des vom Architekten als Fußbodenbelag vorgesehenen Basalts.