Architekt des Sammlungsbaus ist Gabriel von Seidl (1848 – 1913). Nach seinem Tod führte Emanuel von Seidl (1856-1919) die Pläne seines Bruders aus und bestimmte die Innenausstattung. Eigene Projektskizzen zum Bibliotheksgebäude folgten.
Nach dem Tod Emanuel von Seidls im Winter 1919 übernahm Architekt Oswald Bieber (1874- 1955) gemeinsam mit Theo Schäffer, einem Schüler und engem Mitarbeiter aus dem Büro Emanuel von Seidls, die weitere Bauleitung des Großprojektes.
Von 1928 bis 1932 bzw. 1935 wurde das Bibliotheks- und Kongressgebäude errichtet: Der zweckorientierte, viergeschossige Funktionsbau der Bibliothek auf rechteckigem Grundriss ist ebenfalls, wie auch der freistehende Kongressbau, ein Stahlbetonkonstrukt. Das Gebäude im Stil des Funktionalismus wurde nach Plänen von German Bestelmeyer (1874-1942) unter der Bauleitung Karl Bässlers (1888-1973) errichtet.
Der Hallenbau, 1936 für Automobile im Südwesten anstelle des ursprünglichen Portikus errichtet, ist eine Zutat von Architekt Karl Bässler und wurde in den 1970-iger Jahren durch die Halle für Luft- und Raumfahrt durch den Architekten Sep Ruf ersetzt.
Die Grundformen und ersten Entwürfe des Musemsbaus entlehnten ihre klaren Formen der römischen Antike, der Grundriss des zentralen Sammlungsbaus entsprach dem Prinzip eines antiken Tempels mit einer Halle (entspricht der Cella im Tempel) auf Säulenstellungen, einem umlaufenden Peristyl und einer Vorhalle.
Der Säulenumgang mit den Großobjekten im Erdgeschoss und die Hallenartige Konstruktion im Zentrum wie auch das Säulenvestibül im Eingangsbereich basierten auf diesem Grundgedanken. Durch den Antikenbezug entstand auch die Grunddisposition des gesamten Gebäudes. Der geistige Anspruch, der an das Gebäude gestellt wurde, materialisierte sich im Grundriss und an den Fassaden: Die Apotheose, die Sakralisierung von Kunst und Architektur, der göttliche Aspekt in Naturwissenschaft und Technik, drückte sich im gesamten Gebäude aus.
Diese Idee dürfte auch der ausschlaggebende Grund gewesen sein, warum Gabriel von Seidl den Wettbewerb gewann.
Beim Reichsfrühstück nach der Eröffnung des Museums 1925 verglich ein Festredner das Deutsche Museum mit einem Tempel, in welchem „dankbar und fromm die bedeutendsten Gelehrten und Techniker ihre Apparate, Instrumente und Maschinen, Werkzeuge und Resultate ihrer Forschungen darbringen und so dem Gedanken Ausdruck geben: Ex ingenio instrumentum ex instrumenteo ingenium.“ (Aus dem Geist entsteht das Werkzeug, aus dem Werkzeug der Geist).
Nach dem frühen Tod Gabriel von Seidls im April 1913 übernahm sein jüngerer Bruder Emanuel die Bauoberleitung und die gesamte Innenausstattung für das Deutsche Museum.