Diseñado por el famoso arquitecto Ieoh Ming Pei, el MUDAM es el museo más importante dedicado al arte moderno en Luxemburgo. Ubicado junto a los vestigios de Fort Thüngen, el edificio sigue el curso de las antiguas murallas circundantes que ofrecen magníficas vistas del casco histórico.
Se llega al museo 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 Great Hall de 33 metros de alto es una estructura de vidrio con un marco de metal desde el cual sobresale una torreta cuadrada y una campana. Representa el centro del museo, desde el cual los visitantes pueden acceder al resto de los espacios. Una segunda estructura de vidrio a la derecha es igual de impresionante. En respuesta al contorno del Gran Salón que surge de la disposición original de los antiguos cimientos, I.M. Pei diseñó una estructura de vidrio redondeada y curva con el vidrio de control solar Guardian SunGuard® SuperNeutral SN 63/32.