理工學院大樓的屋頂設計很獨特。下檐用孔闕蘭琉璃瓦，頂層用透明玻璃，再用四個倒置的橘色陶排疊成寶塔形，形成四角雙檐的金字塔形屋頂。方圓紅白藍的組合，形成了國內外罕見的屋頂形式。
在理工學院大樓的雙屋頂的四個角上，有八個“仙人騎馬”的雕塑，在四個下檐上的每個騎馬“仙人”後面，有八個“棘獸”(上檐六個)，這比校園內其他建築物屋頂上也有這種裝飾的“棘獸”要多，如老圖書館和宋慶體育館。
理工學院主樓高五層，主平面為方形。建築頂部為雙檐四坡玻璃，中央為采光集中的封閉天井，形成回廊環繞的五層* * *享受廳，作為樓層間橫向聯系的通道，也是學生課間活動的公共空間。樓下地下室為科技成果展廳，主樓前設置地下通道，可從樓前道路直接進出大廳。由於采用鋼梁屋架和透明玻璃作為屋頂，陽光可以從頂部直射進大廳，形成明亮的“玻璃中庭”，使人充分感受到光影效果和空間變化帶來的情趣。從尖角四角雙檐玻璃屋頂到玻璃中庭結構，武漢大學工程樓是世界上最早享受這種帶有空間的建築潮流的建築之壹。在國外建築界，“共享空間”和“玻璃中庭”的設計藝術在20世紀60年代以後逐漸流行於大型公共建築中。
理工學院主樓的方墻上有明顯的“角”，因為中國傳統的墻是斜的。為了使建築風格符合傳統形式的要求，采用了外墻四角倒角的方法，利用人的視覺誤差制造出斜墻的錯覺，使這座現代建築也具有傳統中國建築的神韻。同時，為了整體協調，斜角以上的石欄桿采用了獨特的圓角過渡。
理工學院主樓的細節也很有講究，集美觀與實用於壹體。比如城墻上方有許多中國傳統建築中罕見的獅面動物裝飾，別具壹格；在屋頂四角的檐口下，還有四個圓盤形的水桶，稱為“露盤”，形似吊燈，但實際上是屋頂的排水口，不僅承擔雙層屋頂雨水的集中排放，還美化了檐口。
工學院主樓四角各有壹座附樓，與主樓對稱，四角相對。這四棟附樓是當時工學院土木、機械、電氣、礦冶等部門的辦公樓，也是研究所和實驗室的辦公樓。它們都是長方形的，有壹個內廊，壹個單檐，依山的屋頂和孔雀綠的琉璃瓦。主樓高大的墻體由大面積的落地玻璃窗和傾斜的墻角美化，四角由山頂綠色琉璃瓦和中式附樓保護，更顯雍容華貴，雍容華貴，氣勢磅礴。