El Museo construido en 2005 en una sola planta, es obra de los arquitectos españoles Emilio Tuñón y Luis Moreno Mansilla. Recibió en 2007 el Premio Mies van der Rohe de Arquitectura Contemporánea de la Unión Europea.

Edificio realizado en hormigón blanco mediante vigas prefabricadas y muros revestidos por grandes vidrios de colores en el exterior que se basan en una pixelizacion en base a los colores de una parte de una vidriera de la catedral. Vidriera, del siglo XIII, que es la quinta de la nave izquierda, conocida como la Cacería, y que se divide en once paneles, dos de los cuales representan a un halconero que son la base de la elección cromática de las fachadas.

El edificio, a través de la geometría de la planta, hace un homenaje en su trazado al origen Romano de la ciudad de León, nacida como campamento militar romano de la Legio VI Victrix hacia 29 a. C. que se consolidó con el asentamiento definitivo de la Legio VII Gemina a partir del año 74. Una geometría compleja que viene heredada de ciertos pavimentos de origen romano que, mediante dos polígonos (cuadrado y rombo) permite desplegar una superficie continua, regular o irregular, sobre un plano.

Un conjunto de salas de exposiciones autónomas y encadenadas totalizan una superficie de cinco salas de exposiciones del museo de 3.400 metros cuadrados. A ellas hay que sumar los 180 metros cuadrados de la sala de proyecciones y los 450 del vestíbulo de entrada, iluminado por dos grandes lucernarios.

Cada sala, de forma quebrada, construye un espacio continuo, pero diferenciado espacialmente, que se abre a las otras salas, salpicadas por lucernarios de diferente orientación, y patios, propiciando luces cambiantes y variadas, además de visiones longitudinales, transversales y diagonales.

Al exterior, el espacio público adquiere una forma cóncava para acoger las actividades y encuentros, que dejan como telón de fondo los grandes vidrios de colores