Die Glyptothek wurde von Leo von Klenze (1784–1864), dem Hofbaumeister Ludwigs I., zwischen 1816 und 1830 errichtet. Während sich die Fassade an griechische Tempelfronten anlehnt, erinnern die Innenräume mit ihren gewölbten Decken an römische Thermen. Es sind 14 Säle, die sich um einen großen quadratischen Innenhof lagern. Ursprünglich hatten sie farbige marmorne Fußböden, farbig stuckierte Wände und Gewölbe und erhielten ein nur spärliches Tageslicht über halbrunde Fenster in der Oberzone der Innenhofmauern. Die Exponate waren an die Wände gerückt und ordneten sich der Architektur unter. Klenzes Glyptothek war weniger auf eine optimale Präsentation der Originale ausgerichtet. Vielmehr wollte sie ein klassizistisches Gesamtkunstwerk sein.
Über 100 Jahre stand das Museum in seinem prachtvollen Glanz. Bei Ausbruch des Zweiten Weltkriegs schloss man es, die Antiken lagerte man in Klöster aus. Im Sommer 1944 wurde die Glyptothek bei Bombenangriffen getroffen. Ohne Notdach war die Stuckausstattung der Säle in den folgenden Jahren dem Verfall ausgesetzt.
Als man sich in den 1960er-Jahren an den Wiederaufbau machte, zog man ein Konzept aus der Tasche, das Martin von Wagner schon zur Erbauungszeit vorgelegt hatte: Er plädierte für sandfarben getönte Wände, für einfarbige Fußböden, schlichte Sockel und großformatige Fenster. Die Figuren sollten in die Mitte der Räume gerückt werden. Die 1972 wiedereröffnete Glyptothek mit ihrem Schlämmüberzug auf den sichtbaren Ziegelwänden, mit ihren blaugrauen Muschelkalkböden und -sockeln und den mächtigen Innenhoffenstern bietet genau dies: einen zurückhaltenden, aber ästhetisch ungeheuer effektvollen Rahmen für die qualitativ herausragenden Antiken.