Um único cilindro surge numa ponta da Baía da Guanabara. Dele desabrocha em flor o edifício branco, circular, embelezando a natureza verde. Um espelho d’água dá continuidade visual ao mar. E o museu que de longe parecia brotar da terra, surge em verdade do mar.
A forma circular do museu, com 16 metros de altura, juntamente com grandes vãos, resultou em uma solução estrutural essencialmente radial, dividida em seis setores. A grande rampa de concreto exterior leva os visitantes, através de 98 metros de espaço livre, até as entradas aos andares superiores.
A estrutura principal foi projetada para suportar um peso equivalente a 400 kg/m e ventos com velocidades de até 200 km/h.Os vidros foram fabricados exclusivamente para o projeto. Os quadros são de perfis de aço e estão inclinados a 40 graus em relação ao plano horizontal.
Com o espaço circundante da sala de exposição hexagonal disponível como varanda, se trabalhou a ação da paisagem, buscando a invasão da baía ao interior, numa tentativa de museificação da natureza.
No subsolo, se encontra um auditório para 60 espectadores, e o restaurante, onde uma janela horizontal permite vistas à baía. Na entrada do primeiro andar estão a recepção e a administração.
“Eu não queria um museu de vidro, mas uma grande sala de exposições rodeada por paredes retas e por uma galeria que protege e permite que os visitantes façam uma pausa de vez em quando para apreciar a bela vista.” — Oscar Niemeyer.