L'edifici de la Biblioteca Museu va ser construït entre els anys 1882-1884 per l'arquitecte Jeroni Granell. Fou bastit expressament per a acollir les funcions específiques de biblioteca i museu, la qual cosa li donà llavors un caire modern i poc usual. L'edifici original fou concebut com un temple clàssic, coronat per una cúpula central i amb dues ales simètriques. El seu estil incorpora elements decoratius de l'art egipci i grec, propis de l'arquitectura eclèctica premodernista de finals del segle XIX.
La façana està presidida pel lema simbòlic Surge et ambula (aixeca't i camina), flanquejat per les escultures monumentals del poeta Manuel de Cabanyes i de l'arquebisbe Francesc Armanyà (els dos vilanovins més representatius del segle XIX). La decoració exterior incorpora un ric programa iconogràfic de caràcter enciclopèdic i maçònic basat en repertoris extrets de la història de l'art, la literatura, la poesia, les ciències i la indústria. A les diferents façanes hi ha una sèrie d'esgrafiats, obra del pintor Josep Mirabent. Aquest edifici es troba dins d'un espaiós jardí vuitcentista.
Actualment, l'edifici torna a presentar en gran part dels espais originals modificats al llarg del segle XX, una il·luminació natural degudament filtrada.