Die Sammlung des Kunstmuseums hat ihren Ort nicht nur innerhalb, sondern auch außerhalb des Museums. So wird das Konzept der von Axel Schultes entworfenen Museumsarchitektur betont, welche die Kunst zugleich schützt und ihr eine offene Bühne gibt. Mehrere Werke im Außenbereich verbinden den städtischen Raum mit der Architektur des Museums. Sie lehnen an der Wand (Katharina Grosse), sind in sie eingelassen (Mischa Kuball) oder ruhen auf dem Platz vor dem Museum (Heinz-Günther Prager).

Mit In seven days time (2011), einer sieben Meter hohen und 20 Meter langen, nach außen gewölbten Scherbenform aus Fiberglas hat Katharina Grosse eine zentrale Signatur des Museums geschaffen. Wie ein herbeigewehtes Blatt und doch von markanter Präsenz hat sich In seven days time vor dem Museum niedergelassen. Für die strahlende freie Farbbewegung entwickelte die Künstlerin eine eigenständige skulpturale Form und erweitert damit das Medium der Malerei in den Außenraum.

Die Skulptur Gäa (2001) von Heinz-Günther Prager tritt ebenfalls in Dialog mit der Architektur. Die Arbeit aus geschmiedetem und gebranntem Stahl bestimmt den Ort zwischen Straße und Museumeingang, gibt den Betrachter:innen Orientierung im Raum. Ihre elementare Kreisform, ihre offensichtliche Schwere und zurückhaltende Eigenfarbe lädt ein zur körperlichen Erfahrung der Konzentration und Kontemplation.

In Richtung Museumsplatz stehen seit 2023 die drei farbenfrohen Façades von Eva Berendes. In der Verbindung von architektonischer und abstrakt-malerischer Formensprache erweitern die Plastiken das Kunstmuseum auf den Museumsplatz hinaus. Sie wurden anlässlich des von den Eheleuten Bohn unterstützen Bonner Kunstpreis ortsspezisch produziert.

Eingesetzt in Fensterausschnitte der Nord- und Westfassade des Museums, schauen Public Eye I und Public Eye II (1997/2001) von Mischa Kuball wie Augen auf die Umgebung des Museums. Zugleich sind sie prismatisch verzerrte Aufnahmen einer Fahrt durch die Stadt, gesehen durch ein Wasserglas.