工程结构形式为钢框架结构，建筑形式为局部地上四层，地下一层，总建筑面积76186平方米。其中，博物馆主体建筑面积51629平方米。拥有设施齐全、功能兼备的文物库房、修复室、大厅、展厅、报告厅、艺术品制作室、活动中心、会议厅、信息资料研究中心、设备用房、安全监控室及停车场等。
博物馆主体核心筒结构于2011年1月8日封顶。其后，又经过3个多月努力奋战，完成了7000吨钢结构的制作和吊装任务。
太原博物馆连廊属于通体玻璃连廊，即整个外表面全部由近2000块两平方米大小、8毫米厚的钢化玻璃经过胶粘、机械固定组成，使五个互相独立的锥体连接成为一个整体，共分为四部分，分别连接1号、2号锥体，2号、3号锥体，3号、4号锥体，4号、5号锥体。在承担连接功能的同时，也是观众进出太原博物馆的通道。承担玻璃重量的T型龙骨为不锈钢材料，其横接、竖接技术十分超前，基本属于国内首创。
