Зовнішні цегляні стіни машинної зали підсилено пілястрами, з внутрішнього боку — залізобетонними стояками. Пілястри відіграють роль контрфорсів, що гасять зусилля, спричинене додатковим обладнанням - мостовим краном вантажністю 20 т. Двотаврові рейки, по яких рухається кран, спираються на залізобетонні стояки (в машинній залі їх шість). Імовірно, спочатку машинна зала та котельня не мали між собою стіни і являли єдиний внутрішній простір, що обслуговувався одним краном (у котельні є чотири стоя-ки для підкранової балки). Прогін машинної зали - 22,0 м, він перекритий шістьма металевими клепаними трикутними фермами, допоміжні підкоси яких підтримують конструкцію ліхтаря денного освітлення вздовж усього приміщення. Висота машинної зали до карниза - 13,5 м, дах над нею - двосхилий, вкритий бляхою. Функціонально-конструктивна система ЦЕС спирається на спрощену технологічну схему, яку було пізніше модернізовано на станціях радянського періоду. Тут відсутні окремі технологічні приміщення між машинною залою та котельнею й т. зв. пародимососні етажерки. Вентиляція здійснювалася за рахунок висоти приміщення котельні та ліхтарів денного освітлення. Блок первісної котельні було вирішено в трьох рівнях: бункерне відділення, приміщення для котлів та підвальне приміщення. В старій котельні зроблено перекриття на відмітці м, конструкції його виконано частково в металі, частково в залізобетоні. Нині перекриття спирається на дві групи залізобетонних колон, які раніше були опорами для котлів. У підвальному приміщенні для котлів було залито спеціальні монолітні залізобетонні фундаменти, аналогічні фундаментам під турбогенератори. Пізніше такі фундаменти конструктивно не розраховувалися, а використовувалися як типові, під устаткування з певними параметрами.
Блок розподільчого пункту на головному фасаді виглядає як окрема прибудова до цілісних в архітектурному відношенні блоків машинної зали та котельні. Його конструкції не розраховані на додаткові навантаження, і хоча декор на фасаді виконано у певних стилістичних формах, конструктивно він не виправданий. Перекритий скатною дерев'яною покрівлею з горищем. Між поперечною стіною машинної зали та стіною розподільчого пункту - деформаційний шов, акцентований на даху високим ступінчастим брандмауером.
Блок ремонтних майстерень одноповерховий, у плані прямокутний (вис. - бл. 7,0 м), з одним зрізаним наріжжям, де був вхід до приміщення.
Нова котельня, прибудована до дворового фасаду ЦЕС, цегляна, з підвалом (вис. 2,4 м), з внутрішніми опорами, виконаними з двотаврових металевих балок, одинарних та здвоєних. Складна система покриття вирішувалася разом з блоком ремонтних майстерень і являє собою ступінчасту схилу конструкцію з двома ліхтарями денного освітлення шедового типу, які на різній висоті розміщено по всій довжині нового котельного приміщення. Для перекриття використано три типи металевих ферм - кроквяні трикутні, трикутні односхилі та трикутні з лучковим верхнім поясом. Зовнішні стіни тепер майже всі закрито прибудовами. Перекриття над підвалом — склепінчасте цегляне, по металевих балках. На відстані 6,0 м від південно-східного краю споруди розташовано цегляний димар, побудований у повоєнні роки (вис. - 65 м, нижній діам. - 3,6 м, верхній - 2,7 м). Первісний димар не зберігся.
Архітектуру пізніших прибудов вирішено дещо спрощено. Фасад ремонтного блоку оформлено в цегляному стилі з мінімальним декором (цоколь, карниз, прості, кубічної форми тумби в завершенні пілястр, сандрики лучкової форми). Вікна високі, з дерев'яними рамами, ритмічно розміщені по всій довжині фасаду. Головний корпус цегляний, тинькований, пофарбований в два кольори.
Автентичні фасади головного корпусу оздоблено в різних стилях. Збереглися головний фасад вздовж вул. Андріївської, частково - східний і західний; дворовий фасад перекритий прибудовами. Стіна дворового фасаду, яка спочатку була зовнішньою і вирішена в декоративних еклектичних формах, тепер є внутрішньою - між машинною залою і новою котельнею. Головний фасад вирішено із застосуванням еклектичних мотивів, переважно неоренесансу. Фасад асиметричний, ритмічно розчленований пілястрами, між якими розміщено високі вікна з півциркульними завершеннями, під-кресленими архівольтами. Масивні стіни підсилено виступними канелюрованими пілястрами-контрфорсами значного виносу та розділено складним декоративним поясом на два яруси. Пілястри нижнього ярусу завершуються трикутними фронтонами, верхнього - лучковими. У нижній частині декоративного поясу простежуються елементи цегляного стилю. Вікна трьох типів: півциркульні, з лучковими завершеннями та прямокутної форми; переважають півциркульні. Головний вхід з боку вул. Андріївської, що був розташований під розподільчим блоком, закладено, на його місці зроблено вікно прямокутної форми. У частині, де розміщено розподільчий блок, фасад вирішено в три яруси. Мотив декорованої пілястри продовжує основну архітектурну тему і простежується на західному торцевому фасаді. Східний фасад за своїми пропорціями та характером декору в частині старої котельні більше нагадує рішення в стилі модерн. Загальний вигляд споруди з боку вул. Набережно-Хрещатицької істотно погіршений через прибудовану на всю висоту блоку сучасну сходову клітку. Іншим дисгармонійним елементом головного фасаду є прибудований до нього в 1930-х рр. трансформаторний кіоск.
Найціннішим інтер'єром серед збережених є інтер'єр машинної зали. Автентичними елементами старої станції тут є вікна, підлога, містки, огорожа, мостовий кран та підкранові конструкції, ферми покриття в конструкціях даху, двоє симетрично розташованих чавунних гвинтових сходів, що ведуть на рівень розподільчого пункту. Мостовий кран спеціально розроблявся 1898 саме для цієї електростанції. Зберігся один турбогенератор фірми «Броун, Бовер і К°» (Берн, Швейцарія). 1910 з побудовою нової котельні вікна першого ярусу дворового фасаду закладено. На містку перед щитом управління збереглися автентичне керамічно-мозаїчне покриття підлоги з метласької плитки та огорожа з латунних трубчастих елементів.
Приміщення старої котельні перебуває в стадії реконструкції, нову котельню переобладнано під наукові лабораторії. Головний корпус Центральної електричної станції Києва має велику цінність як невід'ємна складова комплексного об'єкта нерухомої спадщини - історії, науки і техніки та архітектури. Це єдина збережена в Україні споруда такого типу. Незважаючи на те, що її архітектурне вирішення не має т. зв. стильової чистоти, а конструктивно-технологічна схема втілює риси перехідного періоду (архаїчне поєднання еклектичних форм пластики фасаду з пошуками нових конструктивних прийомів), об'єкт є видатною для свого часу будівлею.

Головний корпус ЦЕС. План.

Машинна зала.
Пункт керування.
Стара котельня.
Нова котельня.
Ремонтні приміщення.
Трансформаторне приміщення.
Первісно корпус складався з двох основних частин: машинної зали та котельного відділення. З перетворенням Подільської електростанції на Центральну міську електростанцію до головного корпусу прибудували 1903-06 два нові об'єми; із західного фасаду до машинної зали - двоповерховий об'єм приміщення розподільчого щита, зі східного - ремонтні майстерні. Підйом на другий поверх, що з боку машинної зали виглядав як місток, здійснювався трьома чавунними сходами: центральними звичайними та двома гвинтовими, розташованими симетрично з обох боків приміщення. Гвинтові сходи також мали обслуговувати мостовий кран, розміщений в машинній залі. Котельню збільшили за рахунок ремонтного блоку. Тоді головний корпус мав вигляд Г-подібного в плані різновисокого об'єму, до складу якого входили: машинна зала, стара котельня, розподільчий пункт, ремонтні майстерні. У глибині ділянки, біля майстерень, був розташований димар. 1906 об'єм станції збільшили вдвічі прибудовою до північного фасаду машинної зали нового котельного блоку. Первісно головний корпус являв собою цегляну, прямокутну в плані споруду (48,0 х 24,0 м). Складався з двох різної висоти об'ємів, де розміщувалися машинна зала та котельня. Котельня - квадратний в плані двосвітний об'єм (24,0 х 24,0 х 16,0 м), що з боку головного фасаду являв собою двоярусне приміщення з вікнами однакової висоти для обох ярусів (8,0 м). Машинна зала - двосвітний об'єм, розмір верхнього ярусу якого був наполовину менший за нижній. Зважаючи на те, що споруда на час її зведення була чи не найвищою серед забудови цієї частини Подолу і добре оглядалася з боків, її фасади вирішувалися з однаковим ступенем декоративного оздоблення. Несучі будівельні конструкції головного корпусу значною мірою залежали від габаритів устаткування та характеру його розміщення. Розмір котельної, чарунки, прогін крану машинної зали та інші конструктивні особливості визначили характер основних конструкцій споруди. Огороджувальні конструкції (або будівельний каркас), що не мали безпосереднього зв'язку з обладнанням, яке спричиняло вібрацію, вирішувались ізольовано. Зовнішні стіни корпусу мали окремий фундамент, розрахований також на навантаження від мостового крана. Кожен агрегат мав са-мостійний монолітний залізобетонний фундамент, не з'єднаний з фундаментами стін. Усі приміщення головного корпусу - з підвалами, конденсаторне приміщення під машинною залою було вирішено в двох рівнях: заввишки 2,5 та 6,0 м.