Raskošne fasade Palate SANU su simetrične, sa trodelnom podelom i u osnovi izvedene po akademskim postulatima, ali izvesna modernizacija se iščitava u zaobljenim uglovima i polukružnim erkerima. Na glavnoj fasadi, koja pod uticajem secesije ima velike staklene površine u visini dva gornja sprata, bogato dekorisana, dominira središnji rizalit sa glavnim ulazom. Sekundarna plastika, iz repertoara secesije i neobaroka, kreće se od floralne ornamentike, girlandi i secesijskih maski do skulptoralnih personifikacija pojedinih naučnih oblasti. Središnji motiv atike glavne fasade predstavlja skulpturalna grupa Boginja Nika koja ovenčava trgovinu i industriju. U uglovima centralnog rizalita su skulpturalne grupe Žena sa decom, koje se jedna od druge razlikuju po tome što jedna ženska figura drži u ruci luč, a druga goluba, a iznad uglova zgrade i duž bočnih fasada postavljeno je šest istih grupa dečjih figura. Masivno kube kruniše celu zgradu. I bočne fasade su dekorisane na sličan, ali nešto suzdržaniji način.

centralni rizalit Palate SANU

Svečana sala Akademije je jedna od značajnijih prostorija u zgradi. Autor projekta enterijera ove sale, kao i drugih unutrašnjih delova zgrade, bio je istaknuti arhitekta Grigorije Samojlov, ruski emigrant koji je dvadesetih godina XX veka svojim plodonosnim stvaralaštvom doprineo razradi nacionalnog stila u našoj zemlji u saradnji sa arhitektom Djordjem Smiljanićem. Sala se sastoji od partera, bine i galerije koja je zajedno sa ložom za predsednika napravljena kasnije. Celokupan tretman sale: sedišta, lamperije duž zidova koje su izradjene od orahovine i stilizovane intarzijom, štuko dekoracija na ostalim slobodnim zidnim površinama, detalji kao što su svetiljke u vidu grbova Kraljevine, i likovna ostvarenja u lučnim nišama „Nauka” Petra Lubarde i „Umetnost” Mila Milunovića, čine jedinstvenu stilski oblikovanu celinu i danas predstavljaju jedan od retkih originalno sačuvanih enterijera iz posleratnog vremena.

detalj enterijera

U ulaznom hodniku su 2000. godine izvedeni vitraži prema nacrtima Branka Miljuša, a prema nacrtima akademika Mladena Srbinovića izvedeni su 2005. godine vitraži na prozorima u svečanoj sali i u foajeu ispred sale. Ispred sale nalazi se prostrano predvorje sa masivnim mermernim stubovima, dekorativnom tavanicom, unikatnim nameštajem, skulpturalnim i likovnim delima, koji zajedno sa Svečanom salom, ali i drugim sličnim prostorijama, hodnicima, i foajeima u zgradi SANU predstavljaju enterijer visokih estetskih vrednosti.

Zavod za zaštitu spomenika kulture grada Beograda je 2020. godine uradio Projekat restauracije uličnih fasada i rekostrukcije dekorativnih elemenata kupoli i markize prema istorijskom stanju.
Palata SANU je utvrdjena za kulturno dobro (Odluka o proglašenju, „Sl. list grada Beograda” br. 26/92).