1991年开始设计的毕尔巴鄂古根海姆博物馆，成为盖里“晚年变法”，跃升到更高创作境界的重要契机。博物馆选址于城市门户之地――旧城区边缘、内维隆河南岸的艺术区域，一条进入毕市的主要高架信道穿越基地一角，是从北部进入城市的必经之路。从内维隆河北岸眺望城市，该博物馆是最醒目的第一层滨水景观。面对如此重要而富于挑战性的地段，盖里给出了一个迄今为止建筑史上最大胆的解答整个建筑由一群外覆钛合金板的不规则双曲面体量组合而成，其形式与人类建筑的既往实践均无关涉，超离任何习惯的建筑经验之外。在盖里魔术般的指挥下，建筑，这一章已凝固了数千年的音乐又重新流动起来，奏出令人瞠目结舌的声响在邻水的北侧，盖里以较长的横向波动的三层展厅来呼应河水的水平流动感及较大的尺度关系。因为北向逆光的原因，建筑的主立面终日将处于阴影中，盖里聪明地将建筑表皮处理成向各个方向弯曲的双曲面，这样，随着日光入射角的变化，建筑的各个表面都会产生不断变动的光影效果，避免了大尺度建筑在北向的沉闷感。在南侧主入口处，由于与19世纪的旧区建筑只有一街之隔，故采取打碎建筑体量过渡尺度的方法与之协调。更妙的是，盖里为解决高架桥与其下的博物馆建筑冲突的问题，将建筑穿越高架路下部，并在桥的另一端设计了一座高塔，使建筑对高架桥形成抱揽、涵纳之势，进而与城市融为一体。以高架路为纽带，盖里将这栋建筑沛然莫御的旺盛生命活力辐射入城市的深处

博物馆的室内设计极为精彩，尤其是入口处的中庭设计，被盖里称为“将帽子扔向空中的一声欢呼”，它创造出以往任何高直空间都不具备的、打破简单几何秩序性的强悍冲击力，曲面层叠起伏、奔涌向上，光影倾泻而下，直透人心，使人目不暇给，百不能指其一。在此中庭下，人们被调动起全部参与艺术狂欢的心理准备，踏上与庸常经验告别的渡口。有鉴于赖特在纽约古根海姆博物馆设计中对艺术展品不够尊重的教训，盖里的展厅设计简洁静素，为艺术品创造一个安逸的栖所。古根海姆博物馆极大地提升了毕尔巴鄂市的文化品格，1997年落成开幕后，它迅速成为欧洲最负盛名的建筑圣地与艺术殿堂，一时间冠盖云集，游客如织，成为欧洲文化界人必躬逢之盛。博物馆的参观人数在年余间就达400万人次，直接门票收入即占全市岁入的4％，而带动的相关收入则占到20％以上，毕尔巴鄂一夜间成为欧洲家喻户晓之城、一个新的旅游热点。毕市政府赚得盆满钵满、食髓知味之余，随即邀请全世界多位着名建筑师为其设计各种标志性建筑。古根海姆基金会创造了现代文化奇迹，为博物馆界留下了一个不胫而走的神话，与毕市政府成“双赢”。弗兰克盖里也由此确立了其在当代建筑的宗师地位，并被委托设计纽约古根海姆博物馆新馆。