该建筑白色古罗马风格，是近代流传到中国的欧洲新古典主义建筑的典型建筑。1914年奠基，由海关总税务司署英籍总工程师大卫·迪克（David C Dick）规划，英国皇家建筑师阿诺特·查尔斯·达德利（C. D Arnott）设计，华昌工程公司承，于公元1916年6月建成。大楼坐北向南，四层，连钟楼总高31.85米，建筑面积4044平方米，钢筋混凝土框架结构。东南立面用花岗石砌筑，西北立面砌红砖墙，整体钢筋水泥结构，以大块麻石作基础。首层为基座形式，用大理条石砌筑，使上层光滑的圆柱和饰以花饼的栏杆形成对比。正面外墙以花岗岩圆柱与条石镶砌，正面和东侧柱廊全部双柱，仿罗马爱奥尼式巨柱通贯二三层，四层为罗马塔司干柱式。各室高大宽敞，光线柔和并配有壁炉，门窗顶部略呈平缓的拱形，高大黑色柚木窗、木门，木门中间还有两扇小门。走廊铺设着细致讲究的花阶砖地板、彩瓷砖墙裙。顶筑巴洛克风格穹隆顶的钟楼，四面各砌塔司杆双柱，高13米，建筑面积62平方米。分为两层：下为钟室，内有不同口径的铜制吊钟5座，为1915年英国制造；上为钟机房，里面安放有目前全国罕见的、保存完好的英制全机械传动式立钟。钟楼四面各有直径2.5米的外向圆钟面，昼夜通明，可24小时奏乐报时，传声甚远。整个建筑建成共花了21万银两。门顶原刻“粤海关”三字，1949年后曾为“广州海关”4个金字代替，2007年恢复原状。
1684年（清康熙二十三年）清政府开放海禁，设粤（在广州）、闽（在厦门）、江（在云台山，今连云港附近）、浙（在宁波）四个海关。1757年（乾隆二十二年）关闭厦门、云台山、宁波三个海关，仅留广州一口对外贸易，粤海关遂居重要地位。清朝皇帝派遣“监督”管理粤海关事务，以满族亲贵充任，具有与总督、巡抚平行而班次略后的官阶。
鸦片战争前，粤海关并不直接管理来粤贸易的外国商人，而是通过特许商行——十三行进行管理。鸦片战争后，十三行垄断对外贸易的制度被废除，粤海关开始直接插手外贸管理。
第二次鸦片战争时，英国攫取了中国海关管理权。1859年（咸丰九年）10月，海关总税务司英国人李泰国攫夺粤海关行政权，从此粤海关一直为帝国主义所把持，直到广州解放。
1931年6月1日，粤海五十里外常关改辖于海关机构，称分卡或分关，统归粤海关税务司署(简称粤海关)管理，至此原来由粤海关监督管理的常关退出历史舞台。
1949年10月14日广州解放,1950年1月31日，粤海关税务司署改称“中华人民共和国广州海关”，直属于中央人民政府海关总署。
2016年是“大钟楼”建成100周年，粤海关旧址是继北京中国海关博物馆后第二个，也是直属海关第一个国有博物馆-粤海关博物馆，于2015年12月28日通过广东省文物局备案登记。主要进行与粤海关相关文物藏品的征集收藏、文物建筑保护、陈列展示以及开展学术研究、社会教育、文化交流、文创产品开发等，深入挖掘粤海关历史文化内涵，彰显海关工作对于促进对外经济贸易的重要作用。
粤海关设立于公元1685年（清康熙二十四年），是中国早设立的海关之一，公元1860年（咸丰十年）粤海关税务司在该建筑关址正式建立公署。原楼于1913年拆除，公元1914年（民国三年）粤海关大楼工程在现址奠基，由英国建筑师戴卫德·迪克（David Dick）设计，仿照欧洲古典建筑形式设计，华昌工程公司承建，于1916年5月竣工。1925年4月建筑照片送“美国建筑技术赛会”陈列展出。2006年9月12日，广州海关办公地点正式撤出已经使用了91年的粤海关大楼，迁往天河修复前的粤海关大门上方的“广州海关”四字区珠江新城。海关总署于2007年2月批复，原广州海关的“大钟楼”将建设为中国海关博物馆分馆。2007年8月完成恢复其旧貌，保养维护工程。海关博物馆则在同年12月28日布置完成并适时对公众开放。
粤海关旧址是中国内地海关博物馆。粤海关旧址于2007年12月28日完成馆内布置，每逢周一、三、五，接受机关、学校、企事业单位等社会团体的预约参观。2009年9月20日和28日，曾对社会公众试行开放2天；从2010年1月13日起，改为每逢周三对社会公众免费开放，开放时间为上午9：30至下午4：00，市民凭身份证等有效证件可领票免费进场，参观1至4层的博物馆展室，屋顶及其上面的钟楼则不开放，每日参观人数限于800人；从2011年1月开始，博物馆再次缩减开放时间，只限在每个月第三周的周三向个人开放参观，维持凭证件免费领票的安排，开放时间为上午9：30至下午4：00，社会团体凭单位公函仍可在每周一、三、五预约集体参观。
粤海关旧址的大钟曾每隔15分钟响一次音乐，上世纪80年代后期，考虑到大钟报时声和钟声会影响周围居民休息，海关应市民要求最终还是停止了钟声和音乐报时。楼顶机械大钟近年，由于大钟运行时间太长及零部件磨损严重，导致大钟时间出现较大误差，为此曾对大钟进行过两次维修以恢复大钟走时的准确性。2016年1月1日起，大钟楼早晚8点恢复敲钟。
