L'edificio che ospita il museo è stato progettato dall'architetto ticinese Mario Botta e dall'ingegnere roveretano Giulio Andreolli. Botta ed Andreolli si sono ispirati a modelli classici per le forme (in particolare per la grande cupola al Pantheon) e hanno dedicato una particolare attenzione alle soluzioni tecniche, in molti casi all'avanguardia: la cupola radiale è in acciaio e plexiglas, e presenta uno "spicchio" mancante, reso possibile da complesse soluzioni ingegneristiche.

La collezione permanente del Mart include oltre 15.000 opere: dipinti, disegni, incisioni e sculture, con nuclei importanti soprattutto per quanto riguarda le avanguardie del Novecento. Presenti molte opere di Giorgio Morandi, di Giorgio de Chirico, di Carlo Carrà e del futurista roveretano Fortunato Depero. Al Mart sono inoltre conservate la Collezione Giovanardi, la collezione VAF, e opere depositate dai collezionisti internazionali.