建馆馆址选定于植物园内的一栋日式木造建筑，这栋建筑在日治时期是作为当时总督府殖产局的商品陈列馆。本馆建馆之后，自1958年开始进行馆舍改建，增建陈列室及画廊，1961年兴建「国家画廊」用以展出书画作品，1962年增建传统建筑式展览大厅，1971年原有木楼奉准改建成传统建筑样式的展览大楼，成为目前红墙绿瓦的建筑体。