El edificio del nuevo Museo Arqueológico se configura a partir del contexto y de la continuidad que establece con el anejo Palacio de Bendaña, actualmente Museo de Naipes Fournier. El acceso principal tiene lugar a través del mismo patio de entrada al Palacio, lo que permite entender la totalidad del conjunto. Con objeto de ampliar las dimensiones del patio y dignificar así el acceso, el nuevo museo renuncia a ocupar todo el solar disponible. Únicamente se utiliza una estrecha franja que se construye como si fuera un apéndice perpendicular al edificio principal y cuya misión es, además de contener usos de apoyo, ofrecer una fachada hacia la calle más digna que la del actual medianil de los edificios colindantes. Dado el desnivel de la parcela, se accede desde el patio a través de un puente situado sobre un jardín que da luz natural a las funciones situadas en el nivel más bajo.

En las salas de exposición permanente los planos horizontales son oscuros. El suelo es de madera de palo, casi negra, y el techo continuo es también de color negro. Estos espacios están atravesados por prismas de vidrio blanco en torno a los cuales se organiza la exposición de las piezas. Por ellos resbala la luz procedente de la cubierta durante el día y llevan incrustados, entre capa y capa, gráficos e información sobre los objetos expuestos, evocando la aventura de la interpretación.

Funcionalmente el edificio se organiza de manera que las áreas de trabajo, la biblioteca y los talleres se sitúan en la planta baja, orientada a la calle con menor cota del solar, con acceso independiente del principal. En la planta de acceso desde el patio común con el museo de Naipes se localiza el salón de actos y la sala de exposiciones temporales. En el resto de las plantas elevadas se ubican las exposiciones permanentes. La escalera principal que comunica los distintos niveles configura parte de la fachada del edificio hacia el patio de acceso. Los muros envolventes se componen de varias capas. La fachada que define el patio de acceso presenta al exterior un enrejado de piezas de fundición de bronce —material que establece claras conexiones con lo arqueológico— y, en medio, un muro de dos capas de vidrio serigrafiado contiene la escalera principal. El frente que da a la calle baja es más hermético y consta de una primera capa de prefabricados de fundición de bronce, en este caso más tupidos, con aberturas allí donde se considera necesario, y una capa interior formada por una cámara registrable que contiene expositores e instalaciones. De esta manera, los espacios de exposición quedan libres, sólo atravesados por los prismas de luz.