Kisah bangunan ini cukup panjang. Bermula pada tahun 1910, saat kapal Belanda KPM mendarat di Bali dan menurunkan turis, Bali mulai dikenal di luar negeri. Sejak saat itu, Bali mulai kedatangan banyak turis yang menyebabkan banyak barang-barang sejarah dan prasejarah hilang atau diboyong oleh para pelancong itu. Melihat kondisi tersebut Mr. WFJ Kroon, Asistant Resident Bali dan Lombok memerintahkan Mr. Curt Grundler untuk membuat tim perencanaan museum dengan arsitektur Bali. Tim tersebut pun membangun museum dengan perpaduan antara arsitektur pura (tempat ibadah) dan puri (rumah bangsawan). Arsiteknya adalah I Gusti Gede Ketut Kandel dari banjar Abasan, I Gusti Ketut Rai dari banjar Belong, dan Curt Grundler dari Jerman. Dana dan material pembangunan disokong oleh raja Buleleng, Tabanan, Badung dan Karangasem.
Namun sayang, ketika pembangunan museum tersebut hampir tuntas pada tahun 1917, gunung Batur meletus. Gempa yang diakibatkan oleh letusan gunung itu meluluh-lantakkan sebagaian bangunan museum. Baru pada tahun 1932 bangunan museum ini rampung dan dibuka untuk umum.
Museum Bali terdiri dari tiga paviliun utama yakni Gedung Tabanan, Gedung Karangasem dan Gedung Buleleng berdasarkan konsep Tri Mandala yaitu nista mandala (bagian luar), madya mandala (bagian luar sebelum memasuki bagian inti), dan utama mandala (bagian inti). Di pojok depan sebelah kanan di bagian tengah terdapat sebuah bangunan yang disebut Bale Bengong. Di pojok depan sebelah kiri terdapat sebuah bangunan yang disebut Bale Kulkul.
Di Gedung Tabanan yakni pavilium yang berarsitektur khas kabupaten Tabanan, tersimpan barang-barang purbakala seperti benda-benda kesenian, aksesoris, peralatan rumah tangga, peralatan upacara dan bermacama-macam senjata tradisional.
Di Gedung Buleleng yang berarsitektur gaya Bali Utara tersimpan alat-alat perlengkapan rumah tangga, alat-alat kerajinan, alat-alat pertanian dan nelayan, alat-alat hiburan, patung-patung primitif dari tanah liat, batu dan banyak lagi.
Di Gedung Karangasem yang berarsitektur gaya Bali Timur tersimpan bermacam benda- benda prasejarah, benda-benda arkeologi, etnografi, seni rupa serta beberapa lukisan mordern.
Museum Bali memiliki koleksi tak kurang dari 10.506 buah, termasuk naskah, uang kepeng, keramik, dan porselin kuno.
Fasilitas Lain
Selain tiga paviliun di atas, tersedia juga fasilitas lain seperti perpustakaan, laboratorium, dan gedung pameran. Tersedia pula sebuah kantin yang menjual minuman dan makanan untuk pelancong.
Tiket
Rp 2 ribu untuk dewasa dan setengahnya untuk anak-anak.