Projetado pelo famoso arquiteto Ieoh Ming Pei, o MUDAM é o principal museu dedicado à arte moderna em Luxemburgo. Localizado em frente às ruínas do Forte Thungen, o edifício acompanha o percurso das antigas muralhas circundantes, que oferecem vistas magníficas da cidade velha.
O acesso ao museu é feito por meio de duas pontes que cruzam o fosso seco e convergem, levando à ponta de flecha que reflete a forma do museu.
Dentro do edifício, o extraordinário Great Hall, com 33 metros de altura, é uma estrutura de vidro com armação de metal que se projeta sobre uma torre quadrada e um sino. Ele representa o centro do museu, ponto do qual os visitantes podem acessar o resto dos espaços. Uma segunda estrutura de vidro à direita é igualmente impressionante. Respondendo ao contorno do Great Hall, que deriva da disposição original das fundações antigas, I.M. Pei projetou uma estrutura de vidro arredondada e curva, usando o vidro de controle solar Guardian SunGuard® SuperNeutral SN 63/32.