屏東縣車城鄉後灣村，墾丁國家公園內之龜山山麓臨海地區為本館興建基地，全部工程包含展示館、維護設施、水族實驗站、海水處理站、海水抽水站、服勤設施、溫室等；展示館含台灣水域、珊瑚王國兩大展示區域，及中央大廳、臨時展示區、禮品店、維生設備空間、行政中心、遊客服務區、水箱貯放服務區等，國內建築師由本所與沈祖海建築師事務所合作負責，配合美國建築師及各類專業事務所合作設計。建築概念是以表達海水之意象，基地獨特之自然與人文環境為重點。為表現本館特殊之造型，結構上採用鋼筋混凝土，鋼管桁架及曲面屋頂；建館基地面積36公頃，台灣水域館總樓地板面積為19,330平方公尺，包含4,300平方公尺之展示面積，展示槽總水量5,000噸；珊瑚王國館總樓地板面積為11,980平方公尺，包含展示面積2,400平方公尺，展示槽總水量10,000噸。整地工程已於1994年10月開工，台灣水域館於2000年2月底開館；總工程造價約為新台幣44億元。