***3層建築，最高點33米，主體結構為鋼筋混凝土框架-剪力墻鋼支撐結構，屋面為鋼網殼，建築平面呈半圓形，直徑186米，基礎形式為樁帽基礎。
天津博物館是壹座天鵝造型的建築，由展覽區、館藏倉庫區、圖書館和參考資料中心、辦公室和技術室、設備室五部分組成。外面有壹個體積6500平米的天鵝湖。
天津博物館外觀由天鵝湖、天鵝頸和綠色項鏈組成。天鵝湖直徑130m，水深從30cm逐漸加深到80cm。湖岸可以給孩子玩，湖水可以做消防用水。天鵝湖周圍有壹個湖邊廣場，用花崗巖鋪成，上面覆蓋了兩層沙子和灰土，防止花崗巖因冰凍而脫落。天鵝頸由壹個回廊組成，從正門穿過天鵝湖進入博物館，屋頂覆蓋著玻璃。在建築表現上，它就像白天鵝的脖子，形狀豐滿優美。天鵝湖周圍的綠色項鏈以10度的角度緩緩傾斜，種植不到4米的植物，再鋪上草坪作為遊客的休息空間。
天津博物館的外部裝飾主要包括外殼表面、玻璃幕墻、采光窗和落地窗。殼面是半徑為158m，表面積為15539m2的球體的壹部分。外殼表面由網殼、保溫層、折板和鍍鋁瓷片組成。玻璃幕墻由天鵝兩翼的側幕墻和與天鵝頸相連的中央幕墻組成。玻璃幕墻上的鋁窗框主要在垂直方向排列，形成從球面邊緣到天鵝湖方向的流線型，使其與天鵝湖水面有機相連。從大堂的空間看天鵝湖，壹至三樓的所有樓層都與外部環境融為壹體，非常壯觀。采光窗可伸縮，還具有排煙換氣功能，作為前廳和三樓展廳的通風口。落地窗的傾斜角度是69度。