屏东县车城乡后湾村，垦丁国家公园内之龟山山麓临海地区为本馆兴建基地，全部工程包含展示馆、维护设施、水族实验站、海水处理站、海水抽水站、服勤设施、温室等；展示馆含台湾水域、珊瑚王国两大展示区域，及中央大厅、临时展示区、礼品店、维生设备空间、行政中心、游客服务区、水箱贮放服务区等，国内建筑师由本所与沈祖海建筑师事务所合作负责，配合美国建筑师及各类专业事务所合作设计。建筑概念是以表达海水之意象，基地独特之自然与人文环境为重点。为表现本馆特殊之造型，结构上采用钢筋混凝土，钢管桁架及曲面屋顶；建馆基地面积36公顷，台湾水域馆总楼地板面积为19330平方米，包含4300平方米之展示面积，展示槽总水量5000吨；珊瑚王国馆总楼地板面积为11980平方米，包含展示面积2400平方米，展示槽总水量10000吨。整地工程已于1994年10月开工，台湾水域馆于2000年2月底开馆；总工程造价约为新台币44亿元。