Έργο του αρχιτέκτονα Αναστάσιου Μπίρρη, το Μουσείο της αρχαίας Ήλιδας κατασκευάστηκε κατά το χρονικό διάστημα 2002-2004 στην ΝΑ παρυφή της αρχαίας πόλης, στις πλαγιές του λόφου της ακρόπολης, σε χώρο όπου προηγούμενες διασκοπίσεις του υπεδάφους είχαν δείξει ότι δεν υπήρχαν αρχαιότητες.

Το μουσείο συνδυάζει μια καλαίσθητη και απόλυτα εναρμονισμένη με το φυσικό περιβάλλον εξωτερική αρχιτεκτονική με λειτουργικό και ευρύχωρο εσωτερικό. Διαθέτει αίθουσα ελέγχου με οθόνες που επιτρέπουν τη συνεχή παρακολούθηση των νευραλγικότερων σημείων του μουσείου, μεγάλη αίθουσα υποδοχής και εκθεσιακό χώρο, ο οποίος περιλαμβάνει τέσσερις αίθουσες και διάδρομο. Υπάρχει επίσης εσωτερική εν μέρει περίστυλη αυλή η οποία φιλοξενεί κάποια από τα υπόλοιπα γλυπτά, όπως και το ψηφιδωτό δάπεδο με τους άθλους του Ηρακλή και τα σύμβολα των Μουσών.

Στο υπόγειό του υπάρχουν έξι μεγάλες αποθήκες που φιλοξενούν το σύνολο των αντικειμένων που έχουν βρεθεί κατά τη διάρκεια των συστηματικών και σωστικών ανασκαφών, όπως και των περισυλλογών μέσα στην αρχαία πόλη αλλά και σε ακτίνα αρκετών χιλιομέτρων γύρω από αυτήν. Σε ειδικούς χώρους του υπογείου στεγάζονται οι εγκαταστάσεις του κλιματισμού και της γεννήτριας ηλεκτρικού ρεύματος.