美術館為地下二層、地上三層呈東、西向長條型之建築體，佔地面積約10公頃（含園區雕塑公園），總樓地板面積49,604平方公尺，是目前亞洲最具規模之一的美術館。
一座中央空橋自園區延伸入內貫穿美術館南北，館內展覽空間包含：一樓101~U108、二樓201~205、三樓301~302展覽室、美術街等。在展覽空間的使用上，一、二樓為特展區，三樓為台灣美術典藏常設展，戶外廣場則陳列雕塑精品。橫跨東西兩域的「美術街」空間、竹林內廳及下凹庭園的廣場可作多重組合的變化，提供跨領域的展演場域。 本館建築強調開闊性與親和性，除展覽室及戶外廣場陳列雕塑精品外，並設兒童繪本區、及各項學習、休閒空間。
典藏庫面積約占11,032平方公尺，以台灣明清時期至當代美術作品為主要的典藏，作品數量逾一萬五千件，原有庫房7間2,775平方公尺，及104年12月完工啟用現代典藏庫房8,257平方公尺，本典藏庫房係具現代科技化管理之典藏庫 ，包含特別典藏庫(二間)、一般典藏庫(四間)、備用典藏庫(二間)、低溫典藏庫、修復室、典藏前室、展品暫存區、攝影室、整理工作區、資料檢索區、絕氧室、X光室、負壓隔離室、材料室、工具室，極具專業性和現代性科技補助管理之設施與設備，使美術館文化資產獲得最佳的保護，延續文化命脈。
位於三樓擁有國內外豐富藝術藏書的資料中心，並且發展各種多媒體與網際網路資源及美術知識庫，佔地約1297平方公尺，營造自在美感的閱讀氛圍，吸引讀者探索美學知識，提升文化素養。