坐落在唐荐福寺小雁塔旁，于2000年开工，2002年建成。
建筑位于寺庙区以西的保护区建设控制地带内最东北角，以求最大限度与小雁塔拉开距离。博物馆与已有的文物库建筑形成斜向构图，两座建筑的主入口均朝向寺庙的中轴线方向，使三者形成有机对话关系。在山门内的过渡性广场有机地将不同性质、不同年代的建筑组织起来，形成主从有序、合理有机的空间格局。由于毗邻小雁塔，建筑力图塑造协调共生的、具有隐喻特征的建筑空间形态和内部空间。博物馆采用半地下层正方形合基和两层圆形的建筑主体，中央的圆形大厅为空间的核心，在建筑构成上体现出“天圆地方”的传统自然观。圆形大厅两层通高，使博物馆空间在高度方向得到延伸。
西安博物馆注重形象的完整性，从建筑造型、细部处理到内部空间设计，都追求传统建筑理念与现代功能相结合，传统审美意识与现代审美意识相结合，传统造型规律与现代建筑技术手段、手法相结合。方形台基和方形馆体厚重沉稳、圆形玻璃大厅从中拔地而起，中央大厅地面上有彩石镶嵌的大型西安历史地图，上空覆盖着灿烂的莲花顶棚和环以闪烁着金色莲花肌理的玻璃幕墙，体现出文化复兴的新气象。
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