Kondisi tersebut yang menimbulkan keresahan sekelompok seniman Belanda. Semakin banyaknya peninggalan budaya asli Bali yang dijadikan cenderamata dan dibawa keluar dari Bali, dikhawatirkan akan menimbulkan pemiskinan warisan budaya Bali.

Atas usulan sejumlah pihak, W.F.J. Kroon (Asisten Residen Bali Selatan) menggagas pendirian Museum Bali pada 1910. Museum ini pun diresmikan pada tanggal 8 Desember 1932.

Secara arsitektur, bangunan Museum Bali dibuat mengikuti prinsip tata bangunan tradisional Bali (Lontar Asta Kosala Kosali). Selain itu, museum yang pada awalnya dibangun di atas lahan seluas 2.600 meter persegi ini mengadaptasi tata bangunan Puri (istana bangsawan) dan Pura (rumah ibadah).

Di dalam kompleks museum, terdapat tiga halaman. Ketiga halaman tersebut adalah halaman luar (jaba), halaman tengah (jaba tengah), dan halaman dalam (jeroan). Masing-masing halaman dibatasi oleh tembok dan gapura.

Selain itu, museum ini pun memiliki tiga gedung pameran, yang masing-masing mewakili arsitektur bangunan dari beberapa daerah di Bali. Ketiga gedung pameran tersebut adalah Gedung Tabanan, Karangasem, dan Buleleng.