Tòa nhà Bảo tàng Quảng Ninh là một khối hình hộp lớn, ngoại thất bao bọc bởi lớp kính cường lực màu đen có khả năng chống tự vỡ do biến đổi nhiệt được kiến trúc sư lấy cảm hứng từ than đá, một sản phẩm công nghiệp chủ đạo của tỉnh. Mục đích của phần vỏ là tạo thành tấm gương khổng lồ phản chiếu bầu trời và di sản vịnh Hạ Long nằm liền sát.
Bảo tàng là một trong ba khối nhà thuộc cụm công trình, hai khối nhà còn lại là Nhà thư viện và Nhà hội thảo trưng bày. Các khối đều gồm ba tầng và một tầng trệt, được kết nối với nhau bằng hệ thống hành lang trên cao. Lối vào chính ở tầng một với một hệ thống bậc thang dài và rộng kết nối từ mặt đường, có đường lên cho người khuyết tật. Bảo tàng có sáu thang máy đứng, hai thang cuốn và hai thang thủy lực dành cho người khuyết tật.
Bảo tàng Quảng Ninh hiện trở thành điểm tham quan thu hút hàng trăm nghìn lượt khách du lịch mỗi năm và là một trong ba bảo tàng trên cả nước tự chủ hoàn toàn nguồn tài chính chi thường xuyên.