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。
