O edifício foi construído no local de um complexo de museus de estilo colonial espanhol destruído pelo terremoto de 1989. As formas elegantes e o uso original dos materiais, característicos de Jacques Herzog e Pierre de Meuron, provocaram oposição ativa das autoridades conservadoras da cidade, mas a persistência da administração do museu possibilitou a concretização do projeto.
A estrutura é totalmente revestida com cobre (foram utilizados 7602 painéis de vários formatos) e é o maior edifício coberto com este metal do mundo.
O elemento principal do projeto é uma torre curva que se eleva sobre as copas das árvores do Golden Gate Park, onde está localizado o museu. Oferece uma vista panorâmica da cidade e também a conecta com São Francisco: o tamanho da torre permitiu que se tornasse um elemento perceptível da paisagem urbana.
O volume principal, de planta retangular, é recortado por pequenos pátios plantados com samambaias. Paredes de vidro tornaram esses jardins parte do interior do museu.
Uma atenção particular foi dada aos arquitetos para enfatizar o fluxo contínuo do espaço: a entrada do museu é conectada a um grande saguão por um pátio aberto, de onde uma larga escadaria leva aos corredores do segundo andar. Isso também é facilitado pelas plantas curvas das salas de exposição. Os interiores do museu são decorados com madeira de eucalipto.
O custo de todo o projeto foi de US $ 190 milhões, que foram arrecadados por particulares, apesar de tanto a coleção (arte da África, Oceania, Mesoamérica) quanto o próprio museu pertencerem à cidade.
