Med nye og større lokaler kunne verk fra samlingen vises i den ene bygningen og skiftende utstillinger i den andre.

Astrup Fearnley Museet er i dag et landemerke i Oslo, plassert ytterst på Tjuvholmen der byen strekker seg ut mot fjorden. Det store buede glasstaket er godt synlig, både fra sjøen og fra Rådhuskaia, langs havnepromenaden.

På noen måter kan museet se litt ‘sprøtt’ ut, men det er ikke tenkt som en firkantet boks med alt på innsiden. Museet er faktisk en liten landsby. Det er, inkludert rommet i midten, minst tolv forskjellige områder du kan bevege deg i, og hvert eneste sted har en egenverdi. – Renzo Piano

Museet er tegnet av Renzo Piano Building Workshop i samarbeid med Narud-Stokke-Wiig. Utbyggingen av Tjuvholmen strakk seg over årene 2005 til 2014. Museet sto ferdig og åpnet for publikum 29. september 2012. Da Renzo Piano planla bygget, hentet han inspirasjon fra seilbåtene i havnen og det maritime landskapet. Taket er formet som et seil, bærekonstruksjonene som master og vaiere.

Arkitekturen preges av luft, transparens og lys, som skaper en letthet og eleganse i uttrykket. Museet består av to bygg. Det ene ligger mot sjøen, omringet av Tjuvholmen skulpturpark og badestranden, det andre ligger over kanalen, der en stor stentrapp ender i en piazza. Alle utstillingssalene har sin egen utforming og karakter, forbundet av ganger og trapper som skaper en nesten labyrintisk vandring mellom rommene. En innvendig gangbro gir overblikk og utsyn, mens en terrasse gir utsikt til båthavnen, Oslo Rådhus, og et overblikk over arkitekturen sett ovenfra. Når utstillingene tillater det, danner flere vinduer stadige forbindelser mellom kunsten på innsiden og fjorden og parken på utsiden.

I tillegg til et museum, var Renzo Pianos intensjon å skape en møteplass for mennesker. Bygningens ulike nivåer, vinkler og utsiktspunkt, de skiftende utstillingene, det varierende været og årstidene sørger for at et besøk alltid vil gi en ny opplevelse, som kombinerer kultur med både natur og byliv. Visjonen om å være en inkluderende møteplass mellom kunst og mennesker og måten bygningen forholder seg til omgivelsene på, bidrar til ytterligere å understreke Hans Rasmus Astrups ønske om at kunst ikke må lukkes inne, men være en levende del av livene våre. Bygget på Tjuvholmen kan ses som en manifestasjon av museets kjerne: De to bygningene som er knyttet sammen av en bro trekker en parallell til dialogen mellom de to pilarene i museet – kunstsamling og utstillingsprogram.