Dal 1984 il museo ha sede nel medievale Castello di Rivoli, residenza sabauda incendiata durante la guerra contro i francesi (1693) e grandiosamente ristrutturata nel 1718 da Filippo Juvarra per il principe Vittorio Amedeo II, senza che purtroppo il progetto venisse portato a termine. I tre piani dell'edificio e la galleria della Manica Lunga (140 m di lunghezza per 7 m di altezza) ospitano la prestigiosa collezione permanente del museo ed esposizioni temporanee.