该馆位于上海徐汇滨江“西岸文化走廊”的核心位置——龙腾大道3398号，由中国建筑师柳亦春（大舍建筑设计事务所）负责设计建造，建筑总面积约33000平方米，展示面积达16000平方米。 美术馆主体建筑以独特的“伞拱”结构为建构特征，共分为四层。地上一层、二层为绘画、雕塑、装置、新媒体等当代艺术的展示空间，该大尺度出挑的拱形空间表面由质地细腻的清水混凝土浇灌而成，与原北票码头构筑物“煤漏斗”改造而成的时尚空间“斗廊”形成视觉呼应，营造出理性冷静的工业感与原始感，以及对比鲜明的力量感与轻盈感，同时赋予美术馆建筑以极具敏锐的当代性和创造性。地下一层为中国古代艺术珍品及民国时期美术作品的常设展示空间，“白盒子”式的矩形展厅突显中国传统艺术的历史传承与博大精深。