2002年，清华大学面向全球招标博物馆设计方案，吸引了德国、瑞士、日本、美国和中国的六家顶级建筑设计机构参与竞争，最终经过以吴良镛院士领衔的评委会评选，来自瑞士的著名建筑师马里奥·博塔的设计方案凭借对建筑与场地的充分理解和合理诠释得到评委们的一致认可，并脱颖而出成为最终中标方案。
瑞士建筑师马里奥·博塔，从小深深受到意大利文化的熏陶，并在多年的建筑设计中逐渐形成自身独特的建筑风格。他的作品强调建筑结构与外在形式的统一，时常呈现出单轴对称的平面布局，并在平面沿轴线中心部位布置主要空间，常常给人一种凝重感，建筑形体简洁、明确、有力度；同时，博塔注重自然光线的设计，通过精心设计每一缕进入建筑的自然光，使得光影洒在砖石基质上。他设计的旧金山现代艺术博物馆、巴塞尔瑞银集团大楼、米兰 Sartirana 教堂等建筑作品，使其成为当代享誉国际的建筑师和理论家。
清华大学艺术博物馆位于中央主楼东西轴线的东延长线上，美术学院大楼的北侧；总建筑面积3万平米，地下一层、地上四层。博塔先生的设计方案很好地体现了博物馆的展示、贮藏、教学、科研等不同功能，将博物馆的底层设计为一个巨大的入口门廊，同时也可以作为室外展览场所；门廊引导人们进入首层的入口大厅，在这里可以看到不同的内部空间。此外，位于顶层的美术馆和一层的博物馆都设计有顶部采光，并利用博物馆空间围合成一个室外的雕塑展览庭园。博塔先生本人将博物馆作为他最喜爱设计的一种建筑类型，着力在博物馆建筑中呈现庄重感和纪念性。清华艺术博物馆在立面形式符号上以矩形为主，间或以正方形和少量的三角形，这使得建筑显得庄重肃穆而不失活泼。大楼整体外立面以石材为主，南北对称，更增添了建筑的沉稳感。
建成后的清华大学艺术博物馆，将成为艺术学科与理工、人文学科交融的场所，也将为清华园增添更浓郁的艺术氛围。
