Un volumen cúbico de hormigón de planta cuadrada de 30x30x12m, se eleva 3m del terreno sobre dos pilares que lo aíslan del suelo. En su interior se guardan con celo los restos arqueológicos de la cueva de El Sidrón. Bajo él, excavado en el terreno, un gran vacío protegido por el volumen superior a modo de porche, aloja el programa público del museo al cual se accede mediante dos rampas laterales desde el jardín/bosque de hayas, abedules y helechos. Con esta clara configuración el Centro de Arte Neandertal de Piloña se sitúa  con respeto en el paisaje, a modo de hórreo contemporáneo, dialogando con su entorno inmediato y con la arquitectura tradicional existente en el territorio de Asturias.

El edificio distribuye sus funciones por plantas en una gradación en altura desde lo más público en planta subterránea hasta lo más privado en las plantas superiores. En la planta subterránea encontramos el área pública sin colecciones y la sala de exposiciones temporales. En la planta primera encontramos el área pública con colecciones y en la planta segunda encontramos el área interna con o sin colecciones. El acceso a las diferentes funciones también se resuelve de manera separativa para evitar interferencias entre usos.