统万城遗址博物馆是统万城考古遗址公园的重要组成部分和游览动线上的第一站，建筑面积为9922平方米，由刘克成教授主持方案设计，著名雕塑家史抒青承担博物馆艺术装饰幕墙的设计，主要包括游客服务中心、博物馆、考古研究中心三大功能。其选址于白城则村无定河南岸的沙丘台塬上，距离统万城遗址仅约1100米，与遗址隔岸相望，游客在博物馆可远眺统万城壮观的南城墙遗址，切身感受它的雄浑壮阔。

设计利用沙丘北坡的一处凹地布置遗址博物馆，整个博物馆分四层，以考古探坑为意向，采取“消隐”的手法将建筑体量化整为零，随坡就势，层层跌落，形成一个个相互关联、埋入地下的“宝盒”。

从南向北望去，视平线上只能看到一层的建筑体量，当游客进入博物馆后，才能发现这座“沙漠宝盒”的奥妙，设计师以别样的方式表达出对历史的敬意，游客参观路径从上往下，从四层下到一层，百转千回，犹如步入地下迷宫，探秘黄沙掩埋的统万城故事，了解消失了的匈奴民族的历史，读懂中华民族融合的历史进程。此外，设计通过屋面绿化、种植绿植等方式进一步消隐建筑体量，从遗址由北南望时，整个博物馆掩映在树林中，嵌合于沙丘台塬之内，保证了山形地脉与自然景观带连续。

博物馆外墙大面积运用浅沙色艺术混凝土挂板，这种材料的设计灵感来源于当地的沙丘地层，使得建筑风貌朴素自然，与沙漠整体环境氛围和谐一致，做到对遗址环境的最少干扰，保证了与周围环境景观的协调。

博物馆顶层的游客服务中心是近80米长的矩形体量，遥指统万城南城墙遗址，也是整个博物馆非常醒目的标志性建筑，其外幕墙以当地传统建筑材料“旱柳柳椽”为意向，将经不同程度氧化的铜板、铝板进行卷曲褶皱，而后有机排列形成艺术装置幕墙，形成了既传统又现代、既抽象又具象的视觉效果，建筑外观朴素自然，与遗址氛围相协调，也营造出了遗址与博物馆“古今对话”的巧妙空间格局。