
ساختمان مدرسه پنجاه اتاق مربعی چهار در چهار ضلعی داشت که در چهار طرف حیاط قرار گرفته بودند. وضعیت ظاهری همه این اتاق ها «منقش و مذهب» توصیف شده که مشخص است همه آنها دارای تزیینات چشم نواز نقاشی و گچبری رنگی بوده اند. جلو اتاق ها ایوان و سایبان ساخته بودند. در وسط حیاط مدرسه حوض بزرگی قرار داشت که در اطراف آن باغچه هایی برای کاشت درخت و ایجاد فضای سبز و گلکاری ایجاد شده بود. حد فاصل باغچه ها را خیابان کشی و با آجرهای بزرگ معروف به قزاقی فرش کرده بودند. در ضلع شرقی و در پشت کلاس ها چندین مغازه ساخته بودند که وزارت علوم و معارف در بالاخانه آنها مستقر بود. در ضلع شمالی و پشت ساختمان مخابرات امروزی محوطه ای وسیع با چند اتاق کوچک و بزرگ قرار داشت که مخصوص دانشجویان شعبه نظامی و بعد از آنها موزیک بود. دارالفنون مجهز به آزمایشگاه فیزیک و شیمی و داروسازی، چاپخانه، کتابخانه، سفره خانه یا غذاخوری بود. در یکی از اتاق های آن دو اسکلت برای آموزش دانشجویان پزشکی نگهداری میشد. در نیمه اول سال ۱۳۰۴ قمری نیرالملوک وزیر علوم با همکاری امین السلطان وزیر مالیه با خرید و تخریب خانههای ساکنان ضلع جنوبی مدرسه، تالار بزرگ نمایش را ساخت تا ناصرالدین شاه، که در سفر فرنگ با تئاتر آشنا شده بود، در آن به تماشای تئاتر بپردازد.


ساختمان دارالفنون زمان امیرکبیر هشتاد سال پابرجا ماند و با وجودی که همچنان قابل استفاده بود، در سال ۱۳۰۸ تخریب شد. در این سال میرزا یحیی خان اعتماد الدوله قراگزلو وزیر معارف وقت ساختمان اولیه را در هم کوبید و با نقشه و نظارت مارکف، مهندس روسی، ساختمان فعلی را به جای آن ساخت. علی اصغر حکمت وزیر فرهنگ وقت نیز در سال ۱۳۱۳ در شمال و جنوب، عمارتی را بر آن افزود.



در حال حاضر در ورودی بنا در شمال شرقی مدرسه و رو به خیابان ناصر خسرو باز میشود. این دروازه به شیوه معماری سنتی دارای طاق زنجیره ای بلندی است. در دو سوی درگاه دو ستون استوانه ای نقره ای رنگ طاق این دروازه را نگه داشته است. درست بالای در دو لنگهای چوبی و قهوهای رنگ مدرسه واژه دارالفنون و سال تأسیس آن ۱۲۶۸ قمری را بر کاشی نوشته اند. این در که در یکی از چهار کنج مدرسه قرار دارد به فضایی هشتی مانند باز میشود که از سوی دیگر به فضای حیاط راه دارد. ساختمان دو طبقه مدرسه در زمینی مستطیلی بنا شده است. در رأس هر چهار ضلع چهار پلکان مارپیچی طبقه پایین مدرسه را به طبقه بالا متصل میکند. در حاشیه بیرونی پله ها نرده آهنی تو پری نصب شده است که مانع از سقوط افراد میشود. ساختمان کنونی سی و دو کلاس درس دارد: دوازده کلاس در دو طبقه ضلع شرقی و به همان اندازه در ضلع غربی و هشت کلاس در دو طبقه ضلع شمالی. سالن های نمایش و غذاخوری نیز در ضلع جنوبی ساخته شده اند.

