El museo está ubicado en un pabellón de exhibición de hierro fundido, originalmente construido para una exhibición internacional de arte e industria en Düsseldorf en 1902 y luego adquirido por las autoridades mexicanas. El edificio fue reensamblado en la Ciudad de México y durante mucho tiempo sirvió como Museo de Historia Natural, y en la década de 1970 fue entregado al Museo Chopo. A principios del siglo XXI, fue necesaria otra restauración del edificio histórico, que se decidió combinar con una reconstrucción a gran escala. Enrique Norten y su oficina TEN iban a hacer que el edificio centenario fuera ideal para un museo del siglo XXI, conocido por su amplitud de actividades, incluido el ballet, el cine y otras artes no visuales.
Dentro del edificio histórico, se crearon nuevos espacios, encerrados en volúmenes rectangulares de hormigón y vidrio esmerilado, conectados por escaleras y puentes. Las paredes de metal calado del monumento recibieron una capa interior de paneles blancos brillantes, se creó un nuevo sistema de iluminación, se insertó vidrio con filtros UV en las ventanas.
Los clientes llamaron al proyecto de Norten "una nueva interpretación arquitectónica del monumento de principios del siglo XX". Además de disponer en el edificio seis salas de exposiciones, una sala de foros para 216 asientos y una sala de cine para 132 espectadores, una biblioteca, un centro de archivo e información, aulas para clases de ballet, artes visuales, etc., así como una nueva edificio administrativo detrás del museo, el arquitecto hizo su propia construcción eficiente en recursos. En el techo se instalan paneles solares, que proporcionarán el 25% de la energía eléctrica requerida por la institución, y también se dispone un sistema de captación y filtración de agua de lluvia, que se utilizará en baños, para el riego de espacios verdes y enriquecimiento de aguas subterráneas esto ahorrará 3 millones de litros por año) …
