新馆于2008年动工兴建，2009年底建设完成，占地面积约10600平方米，建筑面积32000平方米，投资近4亿人民币。由德国KSP建筑设计事务所设计，地上四层、地下二层，楼高24米。与老馆相比，新馆建筑更具有现代感和人文气息。整个建筑考虑到与周围民国时期建筑大环境的融合，因此在建筑外幕墙设计方面，大量使用了乱纹的意大利罗马洞石，并从外立面一直延伸至整个大楼的中庭，在中国这是第一个这么大面积使用乱纹罗马洞石作为外墙的建筑，打破了中国一扇大门分内外的传统格局，使美术馆的开放性更加凸显。

与整栋楼相比，正门显得略有点小，走进去却立刻产生豁然开朗之感，一个2000平方米、高度为18米的中庭让人的视觉瞬间打开。大厅为封闭式空间，顶部采用LOW-E玻璃，并使用了自动风琴遮阳帘，具有天光和灯光、室内和室外的双重性，宽敞明亮，适宜举办展览开幕和文化交流活动，也可以作为大型雕塑、装置艺术的展示场所。

展厅作为一个美术馆最核心的部分，被合理的安排在了北楼的一到三楼，面积共有6500平方米，分为七个展厅。一楼为一个大展厅和一个小展厅面积分别为1400平方米和500平方米，大展厅和小展厅中间为一个100平方米的多用途空间。展墙高度达6.5米，宽敞活动的展墙可以满足巨幅作品和当代艺术展的需要。二楼展厅除展墙高度为3.5m外，其它分布及大小均和一楼展厅一样，可移动式展墙可以根据展览的需要变化展厅的格局和展墙的颜色。三楼为固定陈列展厅，大小分别为950㎡、450㎡、500㎡，采用了展柜式的展览方式。展柜采用了先进的恒温恒湿系统，可以根据不同材质要求进行调节、恒定，满足各种形式、各种要求的精品展需要。展厅设有单独的备展空间，面积达1000平方米，可经卸货平台直接进入、存放。

藏品库分别设有雕塑库，油画库和国画库等四个库房,总面积为1100㎡.同时另设有鉴赏室和修复室等专业用房。这些库房安装了富士精工专业级博物馆库门，它的气密性、防水性都达到潜水艇标准。并在国内第一个引进日本调湿板工艺，它能根据库房内的实际情况，通过材料自身的物理特性自动调节库房内的温湿度。在库房内还安装了内部为樟木的电动密集架，防虫防蛀，为藏品的保存创造了更好的条件。

馆内一至三层分别设有容纳300人的学术报告厅，容量不同的公共培训室、大小不一的会议室，为开展各种形式的公共讲座、学术研讨、交流论坛及公众服务项目提供了良好的场所。同时这些会议室可提供语音导览、同声传译设备。近期，馆内地下负一层将会升级改造为公共服务区域，将设公共艺术体验区、艺术及衍生品商店、艺术沙龙、餐厅、咖啡厅等公众休闲场所，满足社会公众的需求。