Med sin hovedbygning fra 1897 tegnet af arkitekt Wilhelm Dahlerup, en senere tilføjelse af arkitekt Hack Kampmann fra 1906, og nybygningen fra Henning Larsen Architects hundrede år efter er Ny Carlsberg Glyptotek et historisk, arkitektonisk værk ført op til nutiden.
Nybygningen fra Henning Larsen Architects er placeret som en selvstændig bygning i museets konservatorgård og fremstår som et 'hus-i-huset' med lyse, glatpudsede ydervægge – i kontrast til konservatorgårdens eksisterende, renoverede murstensvægge. Mellemrummet mellem de to bygninger er formet som en opadstigende, glasoverdækket trappegade, der fører op til de tre udstillingsetager og videre op i lyset til tagterrassen.
Nybygningen rummer desuden en del af den ægyptiske samling, heriblandt en mumiesal i stueetagen. Adgang hertil sker fra 1. sal i den eksisterende udstillingsbygning, hvor man går ned under trappegaden som gennem en tunnel til et gravkammer. Med speciel klimastyring og høj sikkerhed er bygningen med til at forbedre opbevaringsforholdene for museets unikke franske samling.