Центр прямоугольного в плане здания размерами 86 на 53 метра занимает ротонда. Такая композиция диктовалась архитектурной теорией эпохи Просвещения, которая требовала регулярной планировки, ясности и четкости плана и естественной выразительности материалов. Эти идеи пришли на смену чрезмерно перегруженному декоративными деталями стилю барокко и заложили основы рационального подхода к проблеме соответствия декора назначению здания, которая стала определяющей в архитектуре XX века. Марш лестницы, ведущей на высокий цоколь, выглядит величественно - он занимает треть ширины фасада. По обе стороны лестницы стоят конные статуи. Посетители поднимаются на подиум с ионической колоннадой, а затем еще выше - в ротонду. Открытый вестибюль второго этажа с двойной лестницей служит площадкой, с которой открывается впечатляющая панорама города. Свет в ротонду проникает сверху, через круглый проем, прорезанный в центре кессонированного купола. Это вдвое уменьшенная копия купола Пантеона. Ротонда, в которой выставлена скульптура, - центр архитектурной композиции. Залы художественной галереи образуют анфиладу вокруг двух открытых двориков. Длинный ряд из восемнадцати ионических колонн на фасаде - подражание форме греческой стои. Статуи аттика символизируют триумф цивилизации над варварством
- идеал, к которому, по убеждению Шинкеля, должны стремиться искусство и архитектура. Форма монументальной вазы, сделанной из целого квадра прусского гранита, навеяна античными образцами. Ваза предназначалась для ротонды, но оказалась слишком большой и была перенесена на площадь. Латинская надпись на антаблементе гласит: «Фридрих Вильгельм III основал этот музей для изучения всевозможных античных предметов и свободных искусств в 1828 году».