Orienté est-ouest, le bâtiment en dur présente une galerie centrale de dimensions imposantes, couverte par des arcs de fer en plein cintre, reposant sur des colonnes de fonte. Cet exploit architectural, typique du siècle, avait déjà été réalisé par Henri Labrouste (1801-1875) pour la bibliothèque Sainte-Geneviève. Sur les quatre côtés, la nef centrale était entourée d’une longue et large galerie ; dans les angles, quatre gros pavillons ajoutaient à la monumentalité de l’édifice.