I april 1854 beslutades att utlysa en tävling och i oktober stod som vinnare i denna de irländska arkitekterna Thomas Newenham Deane och Benjamin Woodward, som nyligen hade ritat museet vid Trinity College i Dublin och byggandet inleddes när grundstenen lades den 20 juni 1855 av Earlen av Derby. Förslaget var ett "nygotiskt" bygge inspirerat både av John Ruskin och modernt järn och glas. Mest anslående och även kontroversiellt var att byggnaden, som påminde om en gotisk katedral i sten med spetsbågefönster och statyer, hade ett tak av järn och glas liksom på Crystal Palace (som byggts till Londonutställningen 1851) och, senare, järnvägsstationen St Pancras. Den första järnkonstruktionen var dock för svag och fick ersättas innan den färdigbyggts. Glastaket var inte helt lyckat för museets ändamål - det direkta solljuset har gjort att många exemplar blekts, växthusvärmen på sommaren har lett till att konserveringsspriten avdunstat och ibland har läckor orsakat mindre skador.