A sede da Fundação Champalimaud situa-se em Pedrouços, no sudoeste de Lisboa, entre a via férrea e o Rio Tejo, ocupando um terreno ribeirinho de 65 mil metros quadrados próximo da Torre de Belém. O sítio é simbólico por corresponder ao ponto de onde partiram os navegadores portugueses rumo ao desconhecido há cinco séculos.12
Desenhado pelo arquiteto goês Charles Correa e inaugurado a 5 de outubro de 2010, o Centro de Investigação para o Desconhecido compreende dois blocos principais unidos por um passadiço elevado: o centro de pesquisa e de tratamento do cancro e o auditório, para além de jardins e de um anfiteatro ao ar livre.34
A 27 de setembro de 2021, o espaço expandiu-se com o Botton-Champalimaud Pancreatic Centre num terreno adjacente, constituindo o primeiro centro do mundo a unir simultaneamente o tratamento e a investigação do cancro do pâncreas.5