Arsitektur bangunan museum ini didesain oleh arsitek sekaligus dosen ITB, M. Ridwan Kamil. Desain dengan tema ‘Rumoh Aceh as Escape Hill’ ini terpilih dalam sayembara, setelah mengalahkan 68 desain yang memenuhi kriteria yang ditetapkan panitia. Desain bangunan ini mengadaptasi konsep bangunan rumah panggung yang menjadi ciri khas rumah tradisional Aceh. Karena itulah, lantai paling dasar dibuat sebagai sebuah ruang terbuka yang dapat berfungsi sebagai ruang publik sekaligus memberi jarak aman terhadap ancaman datangnya gelombang Tsunami.

Motif dinding bagian luar bangunan merupakan adaptasi citra dari tari Saman yang merupakan simbolisasi dari kekuatan, kedisiplinan dan kepercayaan religius masyarakat Aceh. Terdapat sebuah lorong vertikal menjulang di tengah bangunan menyerupai cerobong. Di sekeliling dinding dalam lorong ini terpatri nama-nama korban jiwa saat Tsunami terjadi dan di puncaknya terdapat siluet ‘Allah’ dalam huruf Arab. Saat memasuki gedung, kita akan melewati lorong menurun dengan air terjun di kedua sisinya, yang memunculkan nuansa kepanikan yang muncul ketika Tsunami terjadi.