艺术科学博物馆是由国际知名建筑师摩西萨迪(Moshe Safdie)设计，是世界上首个艺术科学相结合的博物馆。整个建筑都被一个4000平方公尺的荷花池围绕着，犹如一朵绽放的莲花在水边盛开。平时在远处瞭望的时候还不怎么感到它的特别，但是一旦靠近，就能感受到这座“莲花”的巨大与震撼力。博物馆落成后，访客就算不买票入馆参观，也可以沿着荷花池旁边的步行道，在馆外欣赏这座建筑。
博物馆楼高四层，有十个长短不一的“花瓣”弯弯地朝天伸展，较高的花瓣离地达60公尺。但也有人说那是一双张开着的手掌，有欢迎的意思。它的表皮是由特制的玻璃纤维(Glass Fiber Reinforced Polymer,简称GFRP)制成，整个建筑看起来毫无缝隙。这种材料一般用在赛艇，在本地的建筑非常罕见。
弯曲的“花瓣”中央有一个洞口。下雨天，这朵花就变成“集水库”。雨水顺着花瓣流到中央的圆形洞口，然后垂直落到底层的水池，形成一个35公尺高的室内瀑布。这些水也可以再循环使用。
摩西萨迪表示，这是他设计的建筑当中较具有挑战性的一个。他说：“像这样的建筑在以前是办不到的，因为我们必须非常精细地计算出每一个花瓣的弧度。过去两年，我每一个月都来新加坡一个星期，亲自监督工程的进展。”
摩西萨迪认为，滨海湾金沙的主建筑像一个空中飞船，是动态的。而艺术科学博物馆则像一朵含蓄的莲花，是静态的。两者不只不会有抵触，反而相互衬托，点亮了滨海湾的河岸线。
艺术科学博物馆设有21个展览厅，总面积为6000平方公尺。底层八个展览厅，各有不同面积，可以单独使用也可以拉开间隔打通来举办展览。
第三层有10个展览厅，各处在一个“花瓣”里。花瓣的外墙装有面向各个方向的玻璃窗户，让公众可看到不同的视野，也有自然采光作用，让展览厅更加通明。三个较高的花瓣伸展到第四层，也是三间永久性展览区的所在地。另外博物馆也会有一个纪念品专卖店和一个小茶座。
