Le bâtiment du musée, ainsi que les vitrines, ont été conçus par l'architecte polonais Aleksander Szymkiewicz, installé à Tbilissi. Construit entre 1890 et 1892, il servait de bâtiment principal à la Station séricicole du Caucase, qui abritait non seulement le Musée de la Soie, mais aussi une bibliothèque, des laboratoires scientifiques de sériciculture et des bureaux administratifs. Fait remarquable, le musée et la bibliothèque sont restés inchangés jusqu'à nos jours.
Ce bâtiment à l'architecture éclectique est construit en briques rouges éclatantes, les corniches et les bas-reliefs muraux étant également réalisés dans ce matériau. Un portique souligne l'entrée principale de cette structure symétrique, créant une transition harmonieuse entre le bâtiment et le jardin environnant. Les fenêtres, de formes distinctes au premier et au deuxième étage, contribuent grandement à l'impression générale des façades. À l'origine, la façade présentait des ornements géométriques élaborés, aujourd'hui disparus.
Le véritable joyau du bâtiment réside dans sa remarquable décoration intérieure. L'ornementation classique se mêle avec maestria à des éléments célébrant l'univers de la soie. Des sculptures de feuilles de mûrier, de vers à soie, de papillons de nuit et de papillons ornent les murs, les arches, les pilastres et les chapiteaux du vestibule central et de l'escalier. Cette thématique souligne non seulement la vocation du bâtiment, mais lui confère également une identité propre parmi les musées contemporains. Le Musée de la Soie et les collections qu'il abrite constituent un trésor unique, unifié et indivisible. Le Musée de la Soie a été reconnu monument historique inamovible de la Géorgie entre 1986 et 1988, puis de nouveau en 2007.
À l'aube du XXIe siècle, le bâtiment était dans un état critique. Des décennies de dégâts dus aux infiltrations d'eau, à un système de drainage défaillant et aux séismes avaient laissé des traces importantes, et une restauration s'avérait urgente. En 2020, un projet de conservation-restauration de quatre ans, initialement conçu en 2015, a enfin débuté. La transformation a été considérable : la structure du bâtiment a été renforcée et son infrastructure principale entièrement modernisée. Afin d'améliorer l'expérience des visiteurs, un nouvel ascenseur pour personnes à mobilité réduite et un accès au sous-sol ont été harmonieusement intégrés grâce à une extension moderne de la façade arrière. Un demi-sous-sol oublié a également été réhabilité, offrant ainsi un espace précieux au musée. Cette rénovation fut aussi une véritable découverte. Le plan d'origine a été partiellement rétabli, et des trésors cachés – de magnifiques peintures murales et de plafond – ont été mis au jour et restaurés avec minutie. Le souci d'authenticité s'est étendu aux portes, fenêtres et au mobilier d'exposition unique de Szymkiewicz. À l'extérieur, le jardin et la cour ont été entièrement repensés, créant un paysage renouvelé qui met en valeur la végétation existante.
Le projet de conservation-restauration est l'œuvre de l'architecte Nino Tchachkhiani. Il a été conçu et réalisé sous l'égide du Fonds de développement de Tbilissi. Les travaux ont été financés par la mairie de Tbilissi, avec le cofinancement de l'AIMF (Association internationale des maires francophones).