Byggnaden gestaltades av arkitekten Ragnar Hjorth i stram funktionalism och uppfördes av Arcus AB i betong på en stomme av stålbalkar. Huvudbyggnadens fasader är ljusputsade och entrésidan domineras av ett stort fönsterparti i två våningar. Väster därom finns en utställningshall kallad Sverigesalen som sammanbinder Maskinhallen med huvudbyggnaden. Takvåningen är indragen och här fanns ursprungligen en restaurang och bostad för museichefen. Byggnaden stod klar 1936 och omges av två stallbyggnader och ett ridhus som uppförts för Livregementets dragonkår år 1881. I ridhuset inrättades Teknorama 1964 med utställningshall och hörsal. Norra stallet byggdes om för Telemuseum som öppnade i lokalerna 1975, arkitekt för ombyggnaden var Sergej Mirelius. På museets innergård uppfördes en utställningshall kallad Wallenberghallen ritades av Erik Källström/Arksam och stod klar 1994. Takvåningen utvidgades och inreddes som kontor 2008. Vid sidan av denna tillkom 2024 Trähallen, ritad av Elding Oscarson.
