Cánh 10 tầng mới sẽ bổ sung cho tòa nhà chính của Mario Botta, được khai trương vào năm 1995: bên trong các không gian của chúng được hợp nhất với nhau, mặc dù ở bên ngoài, mỗi căn vẫn giữ được nét riêng. Khối lượng gạch phức tạp của Botta nổi bật rõ ràng trên mặt tiền màu sáng của vỏ Snøhetta. Chúng được bao phủ bởi các tấm polyme gia cố bằng sợi thủy tinh được cho là giống với sương mù và sóng của Vịnh San Francisco - theo đúng tinh thần của văn phòng Na Uy được biết đến với xu hướng biểu tượng và ẩn dụ thơ mộng.
Nhưng không thể nói rằng tòa nhà SFMOMA đầu tiên vẫn không thay đổi: ví dụ, giếng trời dưới "oculus" nổi tiếng trên đỉnh tháp sọc đã mất cầu thang ban đầu trong quá trình xây dựng lại để không có gì có thể làm gián đoạn không gian của nó. Bây giờ nó sẽ được thay thế bằng một cầu thang mới, "điêu khắc". Ngoài ra, Snøhetta, được biết đến với sự chú ý đến cảnh quan, đã thiết kế không gian xung quanh cả hai phần của khu phức hợp bảo tàng, mở chúng ra với thành phố. Không gian triển lãm ở tầng trệt, có sẵn mà không cần mua vé, cũng phục vụ mục đích tương tự. Sẽ có tác phẩm "Sequence" (2006) của Richard Serra và các tác phẩm khác, và "Cầu thang La Mã" làm bằng gỗ phong nên trở thành điểm hẹn yêu thích của người dân thị trấn.
Ở tầng hai, sẽ có một sảnh mới nhìn ra sân hiên mở với các tác phẩm điêu khắc (tổng cộng sẽ có sáu tác phẩm trong bảo tàng) và một bức tường xanh gồm 16.000 cây - lớn nhất trong Khu vực Vịnh San Francisco.
Cánh mới với tổng diện tích 21,8 nghìn m2 lớn hơn một chút so với tòa nhà Botta (20,9 nghìn m2). Sự gia tăng quy mô của bảo tàng đã giúp bảo tàng có thể bố trí không gian mới cho các buổi biểu diễn và các buổi biểu diễn khác, Trung tâm Nhiếp ảnh Pritzker - để triển lãm và nghiên cứu các tác phẩm thuộc thể loại này, một phòng trưng bày kiến trúc và thiết kế, cơ sở giáo dục và nhiều hơn nữa. Một trung tâm trùng tu mới, các xưởng nghệ sĩ và văn phòng nhân viên sẽ chiếm các tầng trên của cánh mới.
Việc xây dựng tòa nhà mới bắt đầu vào năm 2013, và việc khai trương bảo tàng đã được tân trang lại dự kiến vào ngày 14 tháng 5 năm 2016. Kinh phí là 305 triệu đô la. Dự án tuyên bố là LEED Gold (SFMOMA được lên kế hoạch sử dụng ít hơn 46% năng lượng và ít hơn 60% nước máy so với một tòa nhà tiêu chuẩn có cùng thông số kỹ thuật).
