Museets nåværende bygning ble åpnet i 1994 og var tegnet av den sveitsiske arkitekten Mario Botta. Det stengte i 2013 for en omfattende utvidelse, tegnet av det norske arkitektfirmaet Snøhetta, med gjenåpning i mai 2016. Utvidelsen mer enn fordoblet museets utstillingsareal og åpnet for at SFMOMA kunne stille ut en utvidet samling, i tillegg til «Doris and Donald Fisher Collection of contemporary art».