Công trình có kiến trúc độc đáo, mang hình dáng của chiếc thuyền vươn ra biển lớn. Nhà thiếu nhi được nâng cấp có 5 tầng gồm một tầng trệt, 3 tầng lầu, một tầng kỹ thuật - mái che nằm trong khuôn viên 4 mặt đường rộng khoảng 10.000 m2. Ngoài ra, một tầng hầm và một tầng lửng với tổng diện tích sàn xây dựng 11.746 m2, kinh phí gần 200 tỷ đồng. Tòa nhà có thiết kế nhiều gam màu sắc bắt mắt, nổi bật trong khuôn viên rộng khoảng 10.000 m2.
Bên cạnh việc sử dụng tông màu trắng cho toàn bộ công trình thì Nhà thiếu nhi còn được điểm xuyết bằng nhiều mảng xanh ở các vị trí khác nhau. Các khu vực ban công, lối cầu thang của tòa nhà trồng nhiều cây xanh tạo nên một không khí dễ chịu, thoải mái. Các lối cầu thang ngoài làm hình xoắn ốc, trang trí cây xanh, tô màu bắt mắt còn vẽ nhiều bức tranh lớn về chủ đề thiếu nhi, đoàn đội, các nhân vật hoạt hình...
Bên trong là các phòng chức năng phục vụ cho quá trình giảng dạy văn - thể - mỹ như phòng tập judo, phòng nghiên cứu thiên văn, phòng âm nhạc, phòng dạy mỹ thuật, phòng chiếu phim... Có 14 phòng chức năng, 23 phòng năng khiếu.
Đặc biệt, ở khu vực tầng thượng công trình được tạo dựng không gian rộng như một công viên nhỏ với nhiều bồn cây, mái che bao quanh cùng cây leo xanh tươi.
