O museu está instalado em um pavilhão de exposições de ferro fundido, originalmente construído para uma exposição internacional de arte e industrial em Düsseldorf em 1902 e posteriormente adquirido pelas autoridades mexicanas. O prédio foi remontado na Cidade do México e serviu por muito tempo como Museu de História Natural, e na década de 1970 foi entregue ao Museu Chopo. No início do século XXI, houve necessidade de uma nova restauração do edifício histórico, que se decidiu combinar com uma reconstrução em grande escala. Enrique Norten e seu escritório TEN iriam tornar o edifício centenário ideal para um museu do século 21, conhecido por sua amplitude de atividades, incluindo balé, cinema e outras artes não visuais.
No interior do edifício histórico, foram criados novos espaços, encerrados em volumes retangulares de concreto e vidro fosco, interligados por escadas e pontes. As paredes de metal perfurado do monumento receberam uma camada interna de painéis brancos brilhantes, um novo sistema de iluminação foi criado, vidros com filtros UV foram inseridos nas janelas.
Os clientes chamaram o projeto de Norten de "uma nova interpretação arquitetônica do monumento do início do século 20". Além de dispor de seis salas de exposição no edifício, uma sala de fórum para 216 lugares e uma sala de cinema para 132 espectadores, uma biblioteca, um arquivo e centro de informação, salas de aula para aulas de ballet, artes visuais, etc., bem como um novo edifício administrativo atrás do museu, o arquiteto fez sua própria construção eficiente em termos de recursos. Na cobertura estão instalados painéis solares, que fornecerão 25% da energia elétrica necessária à instituição, e também está prevista a instalação de um sistema de captação e filtragem de águas pluviais, que será utilizado em banheiros, para irrigação de espaços verdes e enriquecimento de lençóis freáticos (no total, isso vai economizar 3 milhões de litros por ano) …
