2 館建築為日本建築師?茂所設計,主體建築以具臺南特色鳳凰花轉化為既純粹又強烈的五角造型,再以垂直堆疊、錯位的各式方型空間,創造自由彈性的參觀動線,半戶外平臺以階梯形塑休憩與活動空間。其中大型五角碎形遮蔭屋頂,為因應臺南地方氣候,模擬大自然樹蔭效果,透過科學研究以幾何造型製作碎形結構,用以調節建築空間綠能,當太陽以不同角度照射在碎形屋頂上時,可呈現如光穿透樹葉般的美麗光影。展示空間約 2,508 平方公尺,設有 16 間展覽室、典藏庫房、跨域展演廳、兒童藝術中心、輕飲食空間、景觀餐廳,地下室為開放大眾使用之公有停車場。