Byggnaden, invigd 1916, är uppförd efter ritningar av Carl Bergsten och bekostades av överskottsmedel ur Carl Fredrik Liljevalchs dödsbo, vilka överlämnats till Stockholms stad, som leder verksamheten genom en särskild styrelse. Som museibyggnad är den en av Nordens största. 2021 invigdes en tillbyggnad, kallad Liljevalchs+, ritad av Gert Wingårdh i samarbete med Ingegerd Råman som