Die Architektur des Neanderthal Museums wurde mehrfach ausgezeichnet. Dem geschlossenen Betonkörper ist eine Fassade aus Japanglas vorgehängt, die räumliche Tiefe erzeugt und im Gegensatz zum Sichtbeton im Inneren steht. Zentrales Element ist eine spiralförmig aus der Erde steigende Rampe. Sie erstreckt sich über vier Ebenen, erschließt so die Ausstellungsbereiche und prägt das Museum Innen und Außen.

Die Rampe, Schnittstelle zwischen Architektur und Ausstellung, ist Symbol für die Evolution und ihre Unendlichkeit. Sie endet in einer Glasfront, die den Blick in Richtung Düssel und Fundort freigibt und an den offenen Ausgang der Evolution erinnert.