L’autor del projecte va ser Frank Gehry: aquest és el seu primer treball a la seva ciutat natal. La galeria es distingeix de la majoria dels seus altres edificis museístics per la moderació, l'absència de "gestos" expressius, potser fins i tot una certa modèstia.
El complex de galeries és un conjunt revisat i ampliat d’edificis de diferents èpoques, format al llarg del segle XX. Gehry va substituir algunes de les parts posteriors per edificis nous, afegint claredat al pla general, i també augmentant significativament l'espai d'exposició AGO.
La façana principal del museu s’assembla al casc d’un veler o al costat d’un enorme peix: una paret de vidre arrodonida amaga un marc de fusta i les parets taulades de la sala d’escultures “Gallery Italy”, que s’obre a l’espai de la ciutat. Es troba a la segona planta de l'edifici, sobre l'entrada, i el seu volum està flanquejat per dos "panells" de vidre i acer.
Per sobre de la façana posterior de la galeria, orientada al parc, domina el cub de les sales d’art contemporani revestides amb làmines de titani blaves, centrades a l’escala principal de cargol del museu, que parteix en part cap a l’exterior.
L'entrada principal d'AGO s'obre a un petit vestíbul, a través del qual hi ha una rampa sinuosa que condueix als passadissos: cal frenar-hi, cosa que crea l'estat d'ànim adequat per als visitants. El centre del complex museístic és el Walker's Courtyard, construït als anys vint i minuciosament renovat per Frank Gehry. El seu únic element modern és una escala enrotllada en una cinta de serpentina que condueix al departament d'art modern, creat per l'arquitecte des de zero (Gehry va deixar intactes la majoria dels altres espais d'exposició). Són habitacions espaioses amb finestres que donen al parc; també molts tenen sostres de vidre. Per a la comoditat dels comissaris, algunes d’aquestes sales s’han dividit en seccions més petites per adaptar-se a qualsevol exposició.
Els crítics ja han assenyalat l’agradable diferència entre la renovada Galeria d’Ontario i el Museu Reial d’Ontario, que va experimentar la mateixa transformació l’any passat: aleshores Daniel Libeskind va ser el responsable de la reconstrucció, creant una dramàtica “arquitectura per a l’arquitectura”, poc relacionada amb la seva principal funció: l'exposició d'obres d'art. La raó d’això és que Libeskind és un desconegut a Toronto, i Frank Gehry va créixer en una casa situada a poques illes del complex de la galeria, i per a ell el treball en el seu projecte es va convertir en una mena de viatge al passat, que sens dubte va influir en la "atípic" per la seva obra aquest discret i poètic edifici.