本馆建筑由国际知名建筑师马里奥 • 博塔主持设计。博塔先生曾主持多座一流博物馆建筑设计,对博物馆空间组织、场所与环境的解读都具有原创性和独特性, 地域特征与时代精神完美地表现在他所设计的建筑上。
2013 年 1 月,世纪金源集团慷慨出资 2 亿元人民币,支持清华大学艺术博物馆建设 。在空间设计方面,本馆体现了以人为本、先进、合理、适用的原则;努力做到布局合理、功能完善、设施先进,尽量满足较长时期的发展使用和扩建要求;最大限度提高空间利用率,合理组织功能空间,体现以展品和文物为本的原则,满足藏品和展品的陈列与展示,安全收藏与保护,科学研究、国际文化交流以及其他业务的需要;空间设计和配套设施符合各项工艺要求,具有适用性、科学性和艺术性;环境及建筑满足老年人、残疾人无障碍设施的要求。
本馆是一座智能化建筑,馆内设置楼宇自动化系统、通信自动化系统和办公自动化系统。作为一级风险单位,艺术博物馆具备以下子系统:辅助照明系统;报警、门禁管理系统;巡更系统;安防通信系统;安防供电系统;安防传输系统;电视监控系统;取证记录系统。在建筑设计上按抗震基本烈度8度设防。耐久等级设计为100年,安防等级和耐火等级均为一级。馆舍拥有锅炉蒸汽加湿系统、集中空调系统和新风过滤净化措施,可以根据各类藏品保护的需要,分区控制各藏品库的恒温恒湿条件,确保藏品的安全。