臺南市美術館1館為新舊並陳之建築，主體建築原為臺南警察署，於1931年落成，係由臺南州技師梅澤捨次郎所設計，為折衷主義的裝飾藝術式樣(Art Déco)建築，主體構造為鋼筋混凝土，兩翼為紅磚混凝土構造，外牆以十三溝面磚為主要裝飾建材，面磚的色彩構成1館雅致風格。
本建築1998年被指定為臺南市市定古蹟，是國內少數保存完善的警察署建築之一。1館設有10間展覽室、工作坊、輕飲食區、典藏庫房、文物修復與檢測空間。
2館原址為公11停車場；主體建築以具臺南特色的鳳凰花，轉化為純粹五角造型，再以垂直堆疊、錯位的各式空間，半戶外平台以階梯型塑休憩與活動空間。
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，當太陽以不同角度照射在碎形屋頂上時，可呈現如光線穿透樹葉般的美麗光影。
2館展示空間設有16間展覽室、典藏庫房、跨域展演廳、兒童藝術中心、創意工坊、紀念品展示區、輕飲食區、景觀餐廳，地下室為開放大眾使用之公有停車場。
兒童藝術中心以藝術教育和兒童感官發展理論為基礎，以探索、啟發、體驗等多元及跨領域學習方式，設計教具與體驗設施，提供多元創作媒材，讓兒童瞭解藝術基礎概念，並獲得視覺、觸覺等感知體驗。
本館依常設展、特展及特殊節慶屬性，設計多元教育活動，並且不定期推出兒童藝術體驗活動，提供兒童及親子家庭能夠在美術館獲得豐富的參觀經驗。本館亦設置哺乳室、親子廁所、尿布檯與嬰兒車出借服務，歡迎多加利用。
