L'autore del progetto era Frank Gehry: questo è il suo primo lavoro nella sua città natale. La Galleria si distingue dalla maggior parte degli altri suoi edifici museali per la moderazione, l'assenza di "gesti" espressivi, forse anche una certa modestia.
Il complesso della Galleria è un insieme rivisto e ampliato di edifici di epoche diverse, formatosi nel corso del XX secolo. Gehry ha sostituito alcune delle parti successive con nuovi edifici, aggiungendo chiarezza al piano generale e aumentando anche in modo significativo lo spazio espositivo di AGO.
La facciata principale del museo ricorda lo scafo di una barca a vela o il fianco di un enorme pesce: una parete di vetro arrotondata nasconde una cornice di legno e pareti di assi della sala delle sculture “Galleria Italia”, aperta sullo spazio della città. Si trova al secondo piano dell'edificio, sopra l'ingresso, e il suo volume è affiancato da due "pannelli" di vetro e acciaio.
Sopra la facciata posteriore della galleria, di fronte al parco, domina il cubo di sale d'arte contemporanea rivestite in fogli di titanio blu, centrate sulla scala principale a chiocciola del museo, in parte sporgente verso l'esterno.
L'ingresso principale di AGO si apre in un piccolo atrio, attraverso il quale si trova una rampa a chiocciola che conduce ai padiglioni: bisogna rallentare, creando l'atmosfera appropriata per i visitatori. Il centro del complesso museale è il Walker's Courtyard, costruito negli anni '20 e meticolosamente ristrutturato da Frank Gehry. Il suo unico elemento moderno è una scala arrotolata in un nastro a serpentina che conduce al dipartimento di arte moderna, creato da zero dall'architetto (Gehry ha lasciato intatta la maggior parte degli altri spazi espositivi). Si tratta di camere spaziose con finestre che si affacciano sul parco; anche molti hanno soffitti in vetro. Per comodità dei curatori, alcune di queste sale sono state suddivise in sezioni più piccole per adattarsi a qualsiasi mostra.
I critici hanno già notato la piacevole differenza tra la rinnovata Gallery of Ontario e il Royal Ontario Museum, che ha subito la stessa trasformazione lo scorso anno: poi Daniel Libeskind si è occupato della ricostruzione, creando una drammatica "architettura per l'architettura", poco correlata al funzione - l'esposizione di opere d'arte. La ragione di ciò è che Libeskind è un estraneo a Toronto, e Frank Gehry è cresciuto in una casa situata a pochi isolati dal complesso della Galleria, e per lui lavorare al suo progetto è diventato una sorta di viaggio nel passato, che ha indubbiamente influenzato il "atipico" per il suo lavoro questo edificio discreto e poetico.