Au coeur du bâtiment de verre et d’aluminium se trouve le hall d’accueil, à l’intérieur duquel des espaces circulaires abritent le centre de ressources et de documentation, lieu d’échanges et de découvertes (voir programme dans rubrique « La Scène).

Du pavillon central partent deux ailes. L’une est dédiée aux collections provenant du musée du Louvre à Paris, la Galerie du Temps, car le Louvre-Lens ne dispose pas de collections propres. La seconde est consacrée aux expositions temporaires – deux grandes expositions d’envergure internationale sont proposées chaque année (voir rubrique Actualités). S’y trouve également la Scène qui accueille conférences, projections et spectacle vivant (voir programme dans rubrique La Scène).

La Galerie du temps expose 205 œuvres selon une présentation chronologique. Le visiteur chemine à travers trois grandes périodes : l’Antiquité, le Moyen Age et les Temps modernes. Sur 120 m de long, de la naissance de l’écriture vers 3500 avant JC jusqu’au milieu du XIXè siècle, toutes les civilisations et techniques y sont représentées.

Le parcours se prolonge dans le pavillon de verre, où une exposition-dossier intitulée "Carte blanche aux musées de la région" en lien avec la Galerie du temps complète la visite.
Au sous-sol, la grande verrière permet aux visiteurs de découvrir les réserves.