Le musée de Wiesbaden a été construit en 1911-20 comme musée municipal selon les plans de l'architecte Theodor Fischer dans la Kaiserstraße (aujourd'hui Friedrich-Ebert-Allee 2). En fonction des trois collections à abriter, un complexe de bâtiments en plusieurs parties, presque symétrique, a été construit dans le style d'un néoclassicisme strict avec une aile principale sur la Friedrich-Ebert-Allee et deux ailes latérales se raccordant à celle-ci à angle droit vers l'est, l'une au nord le long de la Rheinstraße et l'autre au sud, plus courte, le long de la Viktoria-Luise-Straße.

L'aile principale se compose de deux corps de bâtiment de quatre étages à onze axes, précédés de colonnades doubles à un étage et d'un bâtiment central de liaison avec un escalier extérieur, un portique et un octogone surmonté d'une coupole. Les salles basses de la pinacothèque se trouvent à l'est, sur l'axe central imaginaire défini par l'octogone et le déambulatoire. Celle-ci a été inaugurée en octobre 1915. Les bâtiments flanquant le bâtiment central restèrent, avec les ailes latérales, réservés aux collections d'histoire naturelle du musée de Wiesbaden (au nord) et à la collection d'antiquités de Nassau (au sud). Celles-ci ont été ouvertes au public en juillet 1920.

Les recours de Fischer à l'architecture historique sont remarquables. Ainsi, l'aspect extérieur de l'octogone avec ses reliefs situés directement sous la corniche du toit renvoie à la tour dite des Vents à Athènes (1er siècle avant J.-C.), tandis que l'aménagement intérieur fait référence à la chapelle palatine d'Aix-la-Chapelle (fin du 8e siècle après J.-C.). La conception fonctionnelle ou l'articulation des plans comme des façades extérieures témoignent en revanche d'une conception moderne de l'architecture.

La décoration artistique d'origine du musée, conçue par Fischer jusque dans les moindres détails, a été en grande partie conservée. De nombreux artistes ont participé à sa réalisation. Ainsi, le sculpteur et peintre Wilhelm Nida-Rümelin (1876-1945) a notamment créé les reliefs dans les goussets des arcs de fenêtre du rez-de-chaussée et ceux de l'octogone. Les quatre figures dans les niches du deuxième étage à l'intérieur de l'octogone ont été réalisées par Arnold Hensler, tandis que les mosaïques sont basées sur des projets du peintre Max Unold (1885-1964), membre de la Nouvelle Sécession de Munich. Il reste moins de traces de la riche décoration picturale d'autrefois, notamment celle du hall et des salles de la galerie, due à Hanna et Hans Völcker. Le sculpteur Hermann Hahn (1868-1945) a réalisé le monument à Goethe, installé depuis 1999 sur les marches inférieures de l'escalier extérieur.

La rénovation et l'agrandissement du musée entrepris depuis 1991 s'achèveront par le réaménagement des colonnades, de l'entrée et de l'esplanade, ainsi que par le déplacement du monument à Goethe à sa place initiale, entre les deux colonnes centrales du portique.