太原美术馆位于长风文化商务区文化岛东北角，紧邻山西省图书馆。项目总用地6.2万平方米，总建筑面积3.2万平方米，建筑高度22.85米，投资估算为3.7亿元，结构形式为钢框架结构。该项目方案由美国PSC建筑设计事务所完成，并由东南大学建筑设计研究院和太原市建筑设计研究院进行深化设计。
太原市美术馆的建筑造型灵感来自于极富山西特色的晋中梯田地貌，其最终形式是一个新颖而极富几何张力的建筑体量。内部蜿蜒曲折的平面形式提供游赏者步移景异的空间体会;空间体量的延续和不断变奏，达到"庭院深深深几许"的透景效果。建筑围绕不规则开敞的中庭，在四周布置不规则平面的展厅，且这些展厅通过坡道、楼电梯分布在不同标高处且呈螺旋上升，最后在主入口上方悬臂出挑，最大悬臂长度达22m。
这座美术馆由一系列连续与不连续的空间构成，可自主地选择参观路线。一条自室外开始的坡道在建筑内外纵横连接了多个丰富的诸如硬地广场、草坪以及雕塑花园的空间。建筑与景观的融合使得美术馆得以在应对汾河风光带的大格局的同时确保自身空间序列的完整性与特殊性。