מתכנני הבניין התמודדו עם אתגרים רבים, בהם צורתו המשולשת של המגרש, מגבלה על גובה הבניין המותר, וכן צורך אמנותי ותפעולי בחללי תצוגה מרווחים ונגישים. הדבר אילץ אותם להיות יצירתיים במיוחד, והתוצאה היא יצירה ייחודית ומפתיעה, מלאת עניין ואתגר.

במבט מבחוץ, נראה הבניין ע״ש עמיר כמבנה רחב ואופקי, בשעה שלמעשה, מדובר בבניין אנכי ובו שלוש קומות תת־קרקעיות. מעטפת הבניין עשויה ממשטח ה״מתקפל“ בזוויות שונות, במורכבות גיאומטרית, ובנוי מ־465 פנלים של בטון מלוטש, שנוצרו באתר הבנייה עצמו. הפנים מורכב ממערך של חללים הבנויים סביב ״מפל האור“ — הציר המרכזי של הבניין, שהוא אטריום בגובה 26.5 מטרים. קצהו העליון של ״מפל האור“ בתקרת זכוכית, המאפשרת חדירת אור טבעי, וקצהו התחתון בקומת המסד. דופנותיו עשויות מסכי־בטון ופתחים לסירוגין, באופן שיוצר בין המפלסים והגלריות מרכז תנועה ספירלי, המאפשר התמצאות בחלל המבנה. בנוסף, "מפל האור“ הוא חלל תצוגה מיוחד בפני עצמו, שמאפשר הצגת מיצבים המותאמים למידותיו ולתנאי התצוגה בו.

בגלריות שבמפלסים העליונים מוצגות תערוכות קבע של אמנות ישראלית. כמו כן, הוקצו בבניין גלריות לתערוכות מתחלפות בתחומי אמנות שונים: גלריה לצילום, גלריה לרישום, גלריה לעיצוב, גלריה לאמנות עכשווית ועוד. בנוסף לשטחי תצוגה רחבים, כולל בניין עמיר אולם מופעים גדול, סדנאות לימוד, חדרי הרצאות, שטחי משרדים ושטחים תפעוליים, מבואה וקופות, מסעדה וקפיטריה.

כיום, ביחד עם הבניין הראשי, בניין עמיר הוא לבו הפועם של המוזיאון וחלק חשוב ממתחם התרבות התל אביבי.