Logé dans une architecture contemporaine ouverte et lumineuse, le musée a été conçu par l'architecte Jean-Claude Pondevie.
Le musée construit en 1995 impose aux regards ses lignes droites et régulières, raffinées et élégantes. Le projet architectural vise à une intégration formelle la plus complète possible dans le paysage.
Si la toiture plate et l'étagement dans le sol s'intègrent dans le paysage, les éléments du bâti, eux, diffèrent grandement de l’architecture vernaculaire en Vignoble Nantais. L'importance accordée aux baies vitrées, la présence des clayettes en bois, ainsi que les matériaux résolument contemporains (structure béton notamment) se distinguent de la pratique traditionnelle.
Les murs recouverts de pierres ont pour vocation de faire écho aux anciennes maisons du bourg du Pallet. Dans son projet, l'architecte a souhaité symboliser une construction qui sort du sol.
La peinture blanche et les murs de pierre créent un contraste qui met en valeur les différents matériaux. Ce choix de l'architecte est également traduit comme un « signal qui permet de mieux voir le musée ».
La rigueur et la pureté des lignes extérieures prennent toute leur force à l'intérieur du musée dans lequel les différents espaces créent l'ouverture sur le paysage. Les visiteurs ne s'y trompent pas et ponctuent toujours leurs commentaires d'un « vraiment, on ne s'y attend pas ».