Главный трёхэтажный корпус поставлен в глубине большого двора и соединён дуговыми переходами с двумя боковыми двухэтажными Г-образными корпусами, охватывающими двор и «загибающимися» вдоль линии улицы. Ещё несколько отдельно стоящих служебных корпусов выходят в парк. В центре протяжённого главного корпуса возвышается округлый купол церкви, увенчанный фонариком. Купол наподобие римского Пантеона по бокам фланкирован двумя маленькими круглыми колокольнями. Объём церкви выделен на обоих фасадах величественными римско-дорическими шестиколонными портиками колоссального ордера на мощном цоколе, который огибают широкие лестницы. Лаконичные фасады здания, расчленённые горизонтальными межэтажными тягами, оживлены ризалитами на флангах. По осям ризалитов устроены плоские ниши, в которые вписаны полуциркульные окна третьего этажа. Плавно скруглённые внешние углы боковых крыльев перекликаются с соединительными дуговыми галереями-переходами. Уличные фасады боковых крыльев обогащены фронтонными портиками из сближенных ионических полуколонн, фланкирующих проезды во внутренние дворы. Смысловой и композиционной доминантой здания является круглый зал церкви, служившей также усыпальницей князя М.Д. Голицына. Прекрасная ионическая колоннада большого ордера дополнена угловыми полукруглыми нишами-экседрами с парами колонн малого коринфского ордера. Такие же полуколонны вписаны в композиции огромных римских окон высотой в два света. Перекличка двух ордеров (излюбленный мотив М.Ф. Казакова) такова, что малая коринфская колоннада как бы окружает большую, ионическую, поддерживающую мощный кессонированный внутренний купол с окулусом. Таким образом, реминисценции с одной из первых ротонд, римским Пантеоном, здесь проявились наиболее ярко. В здании больницы были даже подъёмники для больных, а коридорная система удобно связывала все помещения. По оси коридоров были устроены ретирады, выступающие на торцовых фасадах в виде характерных цилиндрических объёмов (М.Ф. Казаков даже в таком утилитарном элементе здания использовал круглую форму). По завещанию М.Д. Голицына в парке была построена картинная галерея с купольным залом в центре. Позднее она была перестроена Доменико Жилярди. В 1799 г. по предложению В.И. Баженова, ставшего вице-президентом Академии Художеств, началась подготовка грандиозного издания чертежей «Российская архитектура». В 1800 г. Высочайшим повелением М.Ф. Казакову поручили создание «фасадического атласа» Москвы (т.е. аксонометрического плана города с высоты птичьего полёта). В связи с этими двумя проектами М.Ф. Казаков начал составлять альбомы архитектурных чертежей. К делу были привлечены команда М.Ф. Казакова и многие из его бывших учеников. Работа велась до 1804 г. Было составлено сорок таблиц из предполагавшихся 185. Представленные императору Александру I таблицы с видами Кремля не вызвали интереса.