Der alte Kern des Middelheimmuseums besteht aus zwei Parkbereichen: Middelheim-Laag (dem nördlichen Teil des Parks) und Middelheim-Hoog (dem südlichen Teil des Parks). Middelheim-Laag diente anfangs als Veranstaltungsort für die Biennalen, in Middelheim-Hoog wurden die erworbenen Werke ausgestellt. Anlässlich der Großveranstaltung Antwerpen Kulturhauptstadt (1993) wurde dann die permanente Sammlung über beide Bereiche verteilt und neu aufgestellt. Über 100 Skulpturen zogen an Orte um, die vorher nicht zugänglich waren. In Middelheim-Hoog befinden sich auch das Schloss und der Braempavillon.
An der West- und Ostseite dieses alten Kerns liegen zwei weitere, später hinzugefügte Bereiche. Für die Erweiterung an der Westseite neben der Beukenlaan entwarf der Landschaftsarchitekt Michel Desvigne durch die Anpflanzung von 1500 Zierapfelbäumen ein einfaches strenges Muster. In diesem Teil des Parks werden bemalte Metallskulpturen aus den 1960er und 1970er Jahren ausgestellt. Auch das Freilichtdepot, in dem die Skulpturen stehen, die restauriert werden müssen oder auf eine neue Bestimmung im Park oder in der Stadt warten, befindet sich in diesem Bereich.
Die Erweiterung an der Ostseite am Lindendreef soll als Laboratorium fungieren, das die Berührungspunkte zwischen Skulptur und Architektur untersucht. Dort wurden ein neuer Künstlereingang von John Körmeling errichtet, Spazierwege nach einem Plan des belgischen Architekten und Künstlers Luc Deleu angelegt und einige monumentale Kunstwerke aufgestellt, die diesem neuen Parkteil mehr Struktur verleihen. Sie finden dort auch ein Sammlungspavillon sowie einen multifunktionalen Raum – bzw. Eine „Franchise Unit” – des niederländischen Künstlers Joep Van Lieshout.
Der formale Garten Hortiflora liegt im Westen der Middelheimlaan. Der ehemalige Blumengarten des Nachtegalenparks wurde 2012 Bestandteil des Middelheimmuseums. Der Garten besteht aus zwei Teilen: Ein Grüngürtel umschließt einen großen offenen Raum, in dem die Sonne freies Spiel hat, wodurch ein Gefühl von Weite entsteht. Der Garten ist streng und formal gestaltet. Die Atmosphäre dort ist einzigartig und unterscheidet sich von den übrigen Teilen des Middelheimmuseums. Der Garten Horitflora ist temporären Ausstellungen vorbehalten. Zu diesem Zweck wurde auch der Ausstellungspavillon „Het Huis” nach einem Entwurf von Robbrecht und Daem errichtet.
