Museet er tegnet av arkitektene Lunde & Løvseth. Bygget er i seg
selv en utstillingsgjenstand. Arkitekturen er en scenografisk tolkning
av det norske grunnfjellet, det åpne kystlandskapet og oljeinstallasjonene til havs.

Arkitekturkritikere har sagt at det neppe finnes noen bygning i Norge som så tydelig signaliserer sin funksjon som Norsk Oljemuseum. Museet ble åpnet av Hans Majestet Kong Harald 20. mai 1999.