1968 m. architektai G. Baravykas ir V. Vielius suprojektavo naują muziejaus pastatą pagal vėlyvojo modernizmo madas, jis buvo pastatytas 1980 m. Iki pat 1991 m. čia veikė LTSR revoliucijos muziejus. Uždarius muziejų, jį 1993 m. pakeitė nauja Nacionalinė dailės galerija. Dėl blogos pastato techninės būklės 1999 m. ji buvo uždaryta.

Projektavimas, konkursai ir statyba tęsėsi iki 2009 m., tais metais švenčiant „Vilniaus – Europos kultūros sostinės“ minėjimą ji vėl atvėrė duris lankytojams. Dabar tai vienas populiariausių miesto muziejų, jame galima pasigėrėti XX–XXI a. Vilniaus ir Lietuvos daile, rengiamos puikios laikinos parodos, veikia Dailės informacijos centras, edukacijų erdvės, kavinė.