Wer das Hauptgebäude der Kunsthalle Karlsruhe betritt, ist umgeben von einer Architektur, die den Museumsbesuch zu einem besonderen Raum-Erlebnis werden lässt. Zu Beginn des 19. Jahrhunderts von Heinrich Hübsch als Gesamtkunstwerk aus Architektur, Malerei und Skulptur konzipiert, flaniert der Besucher durch Räume, deren Gestaltung durch verschiedene Raumgrößen und Wandfarben auf das ästhetische Empfinden des Menschen einwirken sollte. Die Kunsthalle Karlsruhe ist einer der ersten Museumsbauten in Deutschland und einer der wenigen, die in seiner originalen Gestaltung noch weitgehend erhalten ist.

Die Architektur
Heinrich Hübsch schwebte eine Vierflügelanlage vor, von der unter seiner Leitung 1846 der ersten Flügel entlang der heutigen Hans-Thoma-Straße realisiert wurde. Fertiggestellt wurde die Anlage aber erst 1990, namhafte Architekten haben daran mitgewirkt: so baute Josef Durm, der Baudirektor des Großherzogtums Baden, 1896 den östlichen Seitenflügel, Oberbaurat Heinrich Amersbach 1908 den sogenannten "Thoma"bau (Nordflügel), von dem nur noch die Fassade erhalten ist, sowie der freie Architekt Heinz Mohl 1990 den Westflügel und das Gebäudeinnere des Nordflügels. Eine Besonderheit ist das dem ehemaligen Kunsthallendirektor und Künstler gewidmete und erhalten gebliebene Erdgeschoss des Nordflügels und eine oktogonale Kapelle im Hof, die zum 70. Geburtstag von Thoma am 2. Oktober 1909 eingeweiht wurde.

Die Orangerie
Während der Bauarbeiten an der „Großherzoglichen Kunsthalle“ wurde Heinrich Hübsch 1843 aufgefordert, Pläne für ein neues Orangerie-Gebäude vorzulegen. Auf einer Reise nach England 1846 hatte sich Heinrich Hübsch mit den damals wegweisenden Errungenschaften für Gewächshausbauten vertraut gemacht, so erhielt die 1853 begonnene und 1857 fertig gestellte Orangerie ein bogenförmig gewölbtes Dach aus Glas, das jedoch während des Zweiten Weltkriegs zerstört wurde. Heute ist hier die zeitgenössische Sammlung der Kunsthalle oder eine Sonderausstellung zu sehen.

Die Junge Kunsthalle
Seit dem Frühjahr 2009 ist auch das dritte Gebäude von Heinrich Hübsch an der Hans-Thoma-Straße, ein zwischen Orangerie und Hauptgebäude gelegenes ehemaliges Wohnhaus, Teil der Ausstellungsfläche der Kunsthalle Karlsruhe. In der „Jungen Kunsthalle“ finden seitdem wechselnde Ausstellungen speziell für junge Besucher statt. Das Haus ist eines der wenigen erhaltenen Wohngebäude von Hübsch.

Die Sammlung
Grundstock der reichen Sammlung der Staatlichen Kunsthalle Karlsruhe ist die Kollektion der badischen Markgrafen und Markgräfinnen, deren Vorlieben und Kunstsinn sprichwörtlich war. Dieser Bilderschatz wird bis heute kontinuierlich erweitert. 3455 Werke aus den wichtigen Epochen der Kunstgeschichte bilden ein großes Panorama der abendländischen Kunst. Zeichnungen und Druckgrafik aller Epochen verwahrt das Kupferstichkabinett, das mehr als 90 000 Werke beherbergt. Es ist eines der ältesten in Europa. Die Kunstbibliothek der Kunsthalle Karlsruhe gehört zu den großen öffentlich zugänglichen Museumsbibliotheken in Deutschland. Sie ist hervorgegangen aus der Büchersammlung der Markgräfin Caroline Luise von Baden (1723-1783). Der Bestand von derzeit über 155.000 Bänden umfasst Monografien, Kataloge und Kleinschriften sowie audiovisuelle und elektronische Medien. Im Januar 2012 wurden ein große Teile des Sammlungsbestandes online gestellt und können kostenlos recherchiert werden.