El museo, ubicado junto al Palacio de Christiansborg, fue diseñado por Michael Gottlieb Bindesbøll y construido entre los años 1837 y 1848, tras la donación de obras por el artista.

La construcción del edificio se inició en 1837 y el lugar elegido fue una isla en el centro histórico.

El exterior está adornado con una representación de la llegada del artista a su país natal desde Roma en 1838, realizada por Jørgen Sonne.

[4]​ El museo exhibe una considerable colección del artista en cuestión, en mármol y en cerámica, incluyendo los modelos originales de cerámica que usaba para posteriormente realizarlos en bronce y mármol, hoy en día repartidos en museos, iglesias y otras localizaciones por todo el mundo.

El museo también muestra pinturas, antigüedades griegas, romanas y egipcias, bocetos e impresiones que coleccionó Thorvaldsen durante su vida, así como objetos personales que usaba usualmente para sus obras.