Dans la complexité apparente de sa conception, il y a un modèle qui guide la forme et le volume du musée. Ce modèle est basé sur l'application de la courbure maximale que le titane peut supporter dans tous ses éléments. Le grand hall, souvent appelé "Fish Hall", s'étend à l'est et se connecte à un pont qui traverse l'estuaire de Bilbao, le pont de La Salve. Cette structure existait déjà sur le site avant la construction du musée, et l'architecture du musée a dû y être adaptée. Derrière ce pont se trouve une tour qui semble être une extension du musée, et dont le côté faisant face au pont n'a pas de revêtement en titane. À l'intérieur, elle présente une structure de barres métalliques inclinées qui rappelle les œuvres de Coop Himmelb(l)au.

Vu de l'est, le musée semble avoir une apparence plus éthérée que dans d'autres perspectives. D'étranges parallélogrammes courbés et tordus peuvent être identifiés dans la salle des poissons. En général, les fenêtres du bâtiment suivent des modèles plus conventionnels. Frank Gehry est connu pour sa capacité à créer des contrastes, un concept qui trouve son origine dans d'autres disciplines artistiques, comme la musique. En architecture, cela implique la juxtaposition d'éléments très différents. Dans le cas du musée Guggenheim de Bilbao, Gehry obtient cet effet en plaçant une série de blocs aux formes droites et rationnelles dans la partie sud du bâtiment, qui fait face au centre urbain de Bilbao. Ces structures contrastent fortement avec les formes courbes et organiques de la partie la plus emblématique du musée. Les façades des blocs droits ne sont pas revêtues de titane et leurs fenêtres sont rectangulaires. Certaines de ces façades ont une teinte violette, tandis que d'autres sont revêtues de pierre de couleur crème.

Derrière ces blocs se trouve une petite place menant à l'entrée principale du bâtiment, où se trouve la sculpture "Puppy" de Jeff Koons. Cette œuvre est une gigantesque représentation d'un chien en fleurs naturelles. Initialement, elle avait été conçue comme une exposition temporaire, mais il a été décidé par la suite qu'elle resterait en permanence. Depuis cette place, le bâtiment semble avoir une apparence plus solide et plus stable par rapport à la vue de l'est. À gauche du musée, on peut voir des escaliers extérieurs qui mènent à une passerelle parallèle au côté nord du bâtiment, entre l'estuaire de Bilbao et un étang. En descendant ces escaliers, on peut voir des saillies dans les blocs droits et les murs courbes.