Le cabinet japonais Sanaa, de Kazuyo Sejima et Ryue Nishizawa et Imrey Culbert - Tim Culbert et Celia Imrey, architectes associés - muséographes, a été retenu par la Commission permanente du 26 septembre 2005. Basé à Tokyo, il est à l'origine du musée d’art contemporain de Kanazawa, au Japon, et mène le projet pour l’Institut d’art moderne de Valence, en Espagne.

Le projet du Louvre-Lens prévoit un ensemble de bâtiments aux toits de verre et aux façades d'aluminium inscrits au cœur d'un grand parc. L'ensemble s'étendra sur 450 mètres de long de part et d'autre d'un foyer central aux murs de verre transparent.