Byl zakoupen pozemek v jižním Kensingtonu a roku 1864 se konalo výběrové řízení na architektonický návrh muzea. Vítězem se stal projekt kapitána Francise Fowkeho, který však krátce nato zemřel. Projekt převzal Alfred Waterhouse a provedl na něm drobné úpravy, přepracoval především průčelí do románského slohu. Stavba byla zahájena roku 1873 a byla dokončena roku 1880. Muzeum bylo otevřeno roku 1881. Interiér i exteriér budovy je vyzdoben keramickými cihlami pro ochranu před působením znečištěného ovzduší. Cihly obsahují obrázky zvířat a zkamenělin.