Bangunan museum ini sebenarnya terdiri dari dua unit. Museum Sonobudoyo Unit I terletak di Jalan Trikora dan Unit II berada di Ndalem Condrokiranan, Wijilan. Berikut berbagai ruang pamer dan koleksi yang ditampilkan di Museum Sonobudoyo:

Museum Sonobudoyo telah didirikan pada tahun 1934 dan diresmikan setahun setelahnya oleh Sri Sultan Hamengkubuwono VIII. Dulunya, museum ini adalah yayasan yang bergerak di bidang kebudayaan Jawa, Madura, Bali, dan Lombok. Yayasan yang berdiri di Surakarta sejak tahun 1919 itu bernama Java Instituut. Museum pun didirikan di tanah bekas “Shouten” yang merupakan hadiah dari Sri Sultan Hamengkubuwono VIII.

Museum Sonobudoyo unit I memiliki luas sekitar 7.800 m2 dan terdiri dari 11 ruangan meliputi Ruang Pengenalan, Ruang Prasejarah, Ruang Klasik dan Islam, Ruang Batik, Ruang Wayang, Ruang Wayang Golek, Ruang Topeng, Ruang Senjata, Ruang Jawa, Ruang Bali, dan Ruang Dolanan Anak.

Bangunan museum berbentuk rumah tradisional joglo dengan arsitektur masjid keraton kesepuhan Cirebon yang dirancang oleh Ir. Th. Karsten. Museum ini juga punya pendopo dengan koleksi gamelan bersejarah seperti susunan Gamelan Slendro-Pelog yang bernama Kyai-Nyai Riris Manis Yasan, hadiah dari Sri Sultan Hamengkubuwono VI. Kemudian, di luar pendopo, pengunjung dapat melihat dua buah meriam serta arca dan relief peninggalan umat Hindu-Buddha yang menggambarkan Makara, Mahakala, dan Dewi Laksmi.