Das Kunstmuseum Basel besteht aus drei Häusern: Dem Hauptbau, der hauptsächlich die Sammlung bis zur Klassischen Moderne beherbergt, dem Neubau, in dem die grossen Sonderausstellungen ihren Platz haben, und dem Gegenwart, dem Ausstellungshaus für Gegenwartskunst.

Der Hauptbau des Kunstmuseums Basel aus dem Jahr 1936 wurde von dem Basler Architekten Rudolf Christ zusammen mit dem Stuttgarter Baumeister Paul Bonatz, beide Vertreter einer konservativen Moderne, entworfen. Er war als reines Sammlungshaus konzipiert worden. Im Erdgeschoss präsentiert sich heute die Sammlung Basler Kunst, im Zwischengeschoss die Werke der Sammlung Im Obersteg und wechselnde Ausstellungen des Kupferstichkabinetts. Im ersten Obergeschoss finden sich die Sammlungen mit Kunst aus dem Mittelalter und der Renaissance sowie des 17., 18. und 19. Jahrhunderts. Werke der Klassischen Moderne und der Europäischen Nachkriegsmoderne werden im 2. Obergeschoss präsentiert. Schliesslich beherbergt der Hauptbau im Erdgeschoss den Shop und das Bistro Kunstmuseum.

Im April 2016 eröffnete gegenüber dem Hauptbau und unterirdisch mit diesem verbunden der Neubau, entworfen vom ortsansässigen Architekturbüro Christ & Gantenbein. Er ist sowohl für Sonderausstellungen als auch für Sammlungspräsentationen konzipiert. Der Neubau zitiert in vielen seiner Elemente die architektonische Sprache des Hauptbaus: Am offensichtlichsten manifestiert sich dieser Dialog im monumentalen Treppenhaus des Neubaus mit dem zentralen runden Oberlicht, im Kratzputz des Foyers und des Treppenhauses, sowie in der subtilen Farbgebung der Backstein-Fassade. In den Oberlichtsälen im 2. Obergeschoss werden die grossen Sonderausstellungen präsentiert. Die anderen Geschosse sowie der unterirdische Verbindungstrakt zum Hauptbau sind für Sammlungswerke ab 1950 vorgesehen – mit Ausnahme des zeitgenössischen Kunstschaffens, das im Kunstmuseum Basel | Gegenwart gezeigt wird. Im Erdgeschoss des Neubaus befindet sich zudem eine zusätzliche Verkaufsstelle des Shops im Hauptbau.