Het gebouw van het Natuurhistorisch Museum Rotterdam in zijn huidige vorm, laat zich als volgt beschrijven: de bestaande gevel van de villa aan de entreezijde is geheel ontmanteld en slechts als gemetseld skelet gehandhaafd. Een volledig glazen invulling achter het oorspronkelijk metselwerk verbindt het bestaande gebouw met het nieuwe paviljoen, waar zich de Parkzaal, een 250 m² grote tentoonstellingszaal, bevindt. Over de hele lengte van deze ruimte treedt door een 1,5 meter hoge glasstrook daglicht naar binnen. Deze glasopening geeft de zaal een grotere maat en tegelijkertijd ervaart men het groen van het park, zonder dat dit de het beeld van de tentoonstelling domineert. De voorhal van het paviljoen (met invalideningang) is helemaal van glas en fungeert als 'de grootste vitrine van Nederland' die plaats biedt aan een skelet van een 15 meter lange potvis.

De gevel van het nieuwe paviljoen is ontworpen in contrast met de villa, en is in concept te lezen als een combinatie van drie huiden. De eerste huid is van beton en omsluit de Parkzaal, de tentoonstellingsruimte. De tweede huid is van glas. Deze is als een vlies om de betonnen wand getrokken, maar komt hiervan aan de oostzijde van het gebouw los. De zo ontstane ruimte is de hal van de nieuwbouw waar het potvisskelet hangt. Vanuit deze hal kunnen de Parkzaal, het bordes, de villa en - via de invalideningang - het aangrenzende Museumpark met twee hellingbanen bereikt worden. De derde huid is van baksteen, en bevindt zich aan de zuid- en aan de westzijde van het paviljoen. Deze zit als het ware als een deken om het glas gevouwen en beschermt het gebouw tegen overdadige zoninval. Komend vanuit het Museumpark ontstaat zo het beeld van 'een betonnen potvis die in een glazen weckfles wordt geconserveerd'. Het beeld vanaf de Westzeedijk blijft gedomineerd door de villa, waarachter slechts een fragment van de nieuwbouw zichtbaar wordt. Op de verdieping van het nieuwe paviljoen zijn kantoren en de bibliotheek gesitueerd. De kelder biedt ruimte aan collectiedepots.

^{foto: Günther Richters}

In de villa heeft het centrale trappenhuis door de hoge glazen gevel veel licht, terwijl de tentoonstellingszalen op de verdieping juist de beslotenheid van het oorspronkelijke woonhuis uitstralen. Op de begane grond van de villa is de entreebalie en museumwinkel. De aangrenzende Hoboken Salon is met het fraaie geornamenteerde plafond de enige ruimte die nog iets van de oude luister uit de tijd van Van Hoboken ademt. De Salon doet dan ook dienst als ruimte voor recepties, trouwerijen, lezingen en andere activiteiten die enige beslotenheid vergen. Via de centrale 'mammoethal' met het trappenhuis bereikt men de garderobe en de marmeren Haverhorst Vestibule waar ooit de oorspronkelijke ingang van de villa was. In de antieke achtkantige torenkamer wordt het Kabinet van dr A.B. van Deinse tentoongesteld. Door een hangende glazen loopbrug is de Parkzaal van het nieuwbouwpaviljoen te bereiken.