La nueva sede del Museo, obra del arquitecto Guillermo Vázquez Consuegra, ocupa un lugar privilegiado en el puerto de Cartagena. El edificio se estructura en dos bloques, el primero de ellos con dos alturas y el segundo en forma de zigzag, acristalado, que se corresponde con el lucernario. Las salas de exposición del Museo unen, bajo tierra, ambos bloques. Entre ambos, una plaza pública conduce a la rampa descendente a través de la cual el visitante accede a la entrada principal del museo.
Dispone de casi 6.000 metros cuadrados de superficie de los que más de 2.000 metros cuadrados se destinan a exposición. A estos espacios hay que añadir los casi 1.000 metros cuadrados destinados a la conservación de los fondos que guarda el centro.
El ''área de conservación'' dispone de instalaciones adecuadas para albergar los distintos archivos documentales que, junto con su moderna biblioteca, facilitan la tarea de los investigadores y de todos aquellos ciudadanos interesados en conocer el patrimonio subacuático.
El Museo dispone, además, de aulas equipadas para desarrollar talleres educativos y de un moderno y polivalente Salón de Actos.
Del mismo modo, el museo cuenta con equipamientos públicos como cafetería, tienda, e instalaciones pensadas para hacer de él no sólo un espacio de exhibición sino un lugar de encuentro cultural.