Com estrutura futurista projetada pelo arquiteto espanhol Santiago Calatrava, o prédio se projeta sobre a Praça Mauá em direção à Baía de Guanabara, lembrando um navio ou um pássaro flutuando sobre a água. O prédio é ecologicamente sustentável, com painéis no telhado que acompanham o sol e um sistema de resfriamento que usa água da baía e reduz o consumo de energia em 40%. Piscinas refletem o ambiente e ajudam a manter o edifício fresco.
O interior do museu tem cinco áreas temáticas: "Cosmos" aborda as origens do universo; "Terra" explora a formação e a vida no planeta; "Antropoceno" mostra explora o impacto da humanidade na natureza; "Nós" traz reflexões sobre escolhas de hoje; e "Amanhãs" imagina os possíveis caminhos do futuro.
Os ingressos custam R$ 30 (meia-entrada R$ 15) e podem ser comprados on-line ou na bilheteria.