Diseñado por el famoso arquitecto Ieoh Ming Pei, el MUDAM es el museo dedicado al arte moderno más importante de Luxemburgo. Situado frente a los vestigios de Fort Thungen, el edificio sigue el curso de los antiguos muros circundantes, que ofrecen magníficas vistas del casco viejo de la ciudad.
El acceso al museo se realiza a través de dos puentes que cruzan el foso seco y convergen hasta la punta de flecha que refleja la forma del museo.
Dentro del edificio, el extraordinario Gran Salón, de 33 metros de altura, es una estructura de vidrio con un marco de metal desde el que sobresale una torreta cuadrada y una campana. Representa el centro del museo, desde donde los visitantes pueden acceder al resto de los espacios. A la derecha aparece una segunda estructura de vidrio igual de impresionante. En respuesta al contorno del Gran Salón que surge del diseño original de los cimientos antiguos, I. M. Pei ha diseñado una estructura de vidrio curvo y redondeado, utilizando el vidrio de control solar Guardian SunGuard® SuperNeutral SN 63/32.