Autorem projektu był Frank Gehry: to jego pierwsza praca w jego rodzinnym mieście. Galerię na tle większości innych muzeów wyróżnia powściągliwość, brak ekspresyjnych „gestów”, być może nawet pewna skromność.
Zespół Galerii to zrewidowany i powiększony zespół budynków z różnych czasów, ukształtowany na przestrzeni XX wieku. Gehry zastąpił niektóre z późniejszych części nowymi budynkami, dodając przejrzystości do ogólnego planu, a także znacznie zwiększając powierzchnię wystawienniczą AGO.
Główna fasada muzeum przypomina kadłub żaglówki lub bok ogromnej ryby: zaokrąglona szklana ściana skrywa drewnianą ramę i oszalowane ściany otwartej w przestrzeń miasta sali rzeźbiarskiej „Gallery Italy”. Znajduje się na drugim piętrze budynku, nad wejściem, a jego bryłę flankują dwa „panele” ze szkła i stali.
Nad tylną fasadą galerii, zwróconą w stronę parku, dominuje sześcian sal sztuki współczesnej pokrytych niebieskimi tytanowymi arkuszami, skupionymi na spiralnych głównych schodach muzeum, częściowo wystających na zewnątrz.
Główne wejście AGO otwiera się na niewielki hol, przez który do sal prowadzi kręta rampa: trzeba na niej zwolnić, co stwarza odpowiedni nastrój dla zwiedzających. Centrum kompleksu muzealnego stanowi dziedziniec Walkera, zbudowany w latach dwudziestych XX wieku i pieczołowicie odrestaurowany przez Franka Gehry'ego. Jedynym nowoczesnym elementem są schody skręcone w serpentynową wstęgę prowadzące do działu sztuki współczesnej, stworzone przez architekta od podstaw (większość pozostałych przestrzeni wystawowych Gehry pozostawił nietknięty). Są to przestronne pokoje z oknami wychodzącymi na park; również wiele z nich ma szklane sufity. Dla wygody kuratorów niektóre z tych pomieszczeń zostały podzielone na mniejsze części pasujące do każdej wystawy.
Krytycy już zauważyli przyjemną różnicę między odnowioną Galerią Ontario a Królewskim Muzeum Ontario, które przeszło tę samą transformację w zeszłym roku: wtedy Daniel Libeskind był odpowiedzialny za odbudowę, tworząc dramatyczną „architekturę dla architektury”, mało związaną z jej głównym funkcja - wystawa dzieł sztuki. Powodem tego jest to, że Libeskind jest obca w Toronto, a Frank Gehry dorastał w domu położonym kilka przecznic od kompleksu Galerii, a praca nad jej projektem stała się dla niego swoistą podróżą w przeszłość, co niewątpliwie wpłynęło na „nietypowy” dla jego twórczości ten dyskretny i poetycki budynek.