Le Kunstmuseum Basel se compose de trois bâtiments : Le Hauptbau, qui abrite principalement la collection jusqu'au Modernisme classique, le Neubau, dans lequel les grandes expositions spéciales ont leur place, et le Gegenwart, la maison d'exposition pour l'art contemporain.

Le Hauptbau du Kunstmuseum Basel fut conçu en 1936 par l’architecte bâlois Rudolf Christ et son confrère stuttgartois Paul Bonatz, tous deux représentants d’un modernisme conservateur. Le rez-de-chaussée du Hauptbau est consacré à la collection d’art bâlois, tandis que l’entresol présente des œuvres de la Collection Im Obersteg et des expositions du Kupferstichkabinett (cabinet des arts graphiques). Le niveau 1 accueille les collections du Moyen Âge et de la Renaissance ainsi que des XVIIe, XVIIIe et XIXe siècles. Les œuvres d’art moderne et d’art moderne européen d’après-guerre sont exposées au niveau 2. Le shop et le bistro du Kunstmuseum se trouvent quant à eux au rez-de-chaussée.

Le Neubau, conçu par le bureau d’architectes bâlois Christ & Gantenbein, a été inauguré en avril 2016. Situé en face du Hauptbau, il est relié à celui-ci grâce à un corridor souterrain. Cette extension est destinée à accueillir des expositions temporaires, ainsi que des présentations de la collection. De nombreux éléments du Neubau établissent une continuité avec le langage architectural du Hauptbau. L’escalier monumental et sa coupole zénithale, le crépi du hall et de la cage d’escalier, ou encore la teinte grisée de la façade en briques rendent particulièrement visible ce dialogue entre les deux édifices. Les salles zénithales situées au niveau 2 accueillent les expositions temporaires. Les autres niveaux et le corridor souterrain sont consacrés aux  pièces de la collection à partir de 1950 – excepté les œuvres d’art contemporain présentées au Kunstmuseum Basel | Gegenwart. Le rez-de-chaussée du Neubau abrite également un shop.