Museum Bali dibangun pada tahun 1910. Struktur fisiknya mengikuti struktur fisik bangunan keraton (puri) atau tempat pemujaan (kahyangan, pura, merajan) berdasarkan konsep Tri Mandala yaitu Nista Mandala : Jaba Pisan (bagian luar), Madya Mandala : Jaba Tengah (bagian luar sebelum memasuki bagian inti), dan Utama Mandala : Jeroan (bagian inti).
Fasilitas yang tersedia berupa gedung-gedung penyimpanan peninggalan sejarah dan etnografi sejak masa prasejarah sampai masa modern, tiga buah gedung yang dinamai Gedung Tabanan, Karangasem dan Buleleng, di bagian Utara adalah tempat penyimpanan barang-barang kesenian, barang etnografis, naskah-naskah kuno (prasasti), keramik, patung-patung porselin, alat-alat rumah tangga, alat-alat pertanian, senjata, alat-alat upacara, lukisan, wayang kulit dan lain sebagainya.
Ketiga gedung penyimpanan barang-barang peninggalan masa lampau itu difungsikan untuk tempat pameran tetap. Gedung-gedung baru di bagian Selatan yang dibangun pada tahun 1969 merupakan pengembangan fasilitas guna memperlancar pelayanan bagi pengunjung.