Té la seu al litoral del barri de Sant Martí de Provençals, a l’Edifici Fòrum del conjunt Fòrum Universal de les Cultures. El projecte d’adaptació de l’edifici a les funcions del museu és obra de l’equip d’arquitectes Herzog & de Meuron, autors de l’edifici original.
D’aquest, el museu n’ocupa 9.000 m2 distribuïts en dues plantes que s’estructuren al voltant d’un gran vestíbul de lliure accés, punt de partida i d’arribada a tots els programes i serveis del Museu: l’exposició permanent Planeta Vida, els espais per a exposicions temporals, la Mediateca, el Niu de Ciència per a infants de 0-6 anys, les aules, la sala d’actes, i els espais auxiliars.
El museu incorpora, especialment, les noves tècniques d’exposició amb el suport de les tecnologies audiovisuals més recents. Inaugurat al març del 2011 (bé que amb algunes parts inacabades), gran part del material exposat en la mostra inicial procedia de les col·leccions del Museu de Zoologia i el Museu de Geologia.