Das Museum ist Herzstück der städtebaulichen Aufwertung einer 1968 fertig gestellten Überdeckelung eines Verkehrsknotenpunkts am Rand des Schlossplatzes. Der neu geschaffene öffentliche Raum bildet in mehreren Höhenstufen einen fließenden Übergang vom neuen Kleinen Schlossplatz zur Königstraße – mit einer Freitreppe als Ort zum Flanieren und Verweilen.
Für Wechselausstellungen wurde ein dreigeschossiger steinerner Quader errichtet, der von einem Kubus aus teilweise bedrucktem Weißglas mit 30 m Kantenlänge umhüllt wird. Transparenz und Bespielbarkeit des Glaswürfels, der als Schaufenster des Museums dient, sind integraler Bestandteil des Entwurfs. Das Dachgeschoss mit rundum verglastem Restaurant und Veranstaltungsraum bietet Panoramablicke auf die Innenstadt.
Der signethafte, gläserne Kubus in der Planie-Achse beherbergt aber nur 20% der Ausstellungsflächen, der weitaus größere Teil des Museums befindet sich auf dem Niveau der Königsstraße und erschließt einen Raum, der zuvor als Teil der überdeckelten Verkehrsanlage genutzt war. Die teilweise obsoleten Tunnelröhren wurden rückgebaut und zu Ausstellungsräumen transformiert. Vom Eingangsbereich führt eine großzügige Treppenanlage hinauf. Galerien zwischen dem steinernen Kubus und der gläsernen Hülle führen zu den Ausstellungsräumen im steinernen Kern und bieten Ausblicke auf die Stadt. Ein zweiter Erschließungsweg führt in einer langen Achse zu den introvertierten Sammlungsräumen, die durch ihre besondere räumliche Situation einen unverwechselbaren Charakter haben. Sie befinden sich in zwei übereinander liegenden Ebenen unter dem neuen Kleinen Schlossplatz. Über Lufträume und Galerien sind die zwei Ausstellungsebenen unmittelbar miteinander verbunden und bieten besonders hohe Präsentationsräume. Ein in den Platz über den Sammlungsräumen eingelassenes Lichtband verweist auf die unter der Erde verborgene Kunst. Nachts wird das Band durch die Lichtinstallation des Künstlers Andreas Schmid zu einem poetischen Stadtzeichen.
Das Kunstmuseum Stuttgart bildet ein repräsentatives, lebendiges Gesamtensemble mit dem neuen Kleinen Schlossplatz und dem Neubau der Königsbau Passagen sowie dem Büro- und Geschäftshaus SCALA, die in direkter Nachbarschaft ebenfalls von HASCHER JEHLE Architektur realisiert wurden.