渤海大楼总建筑面积为4571.13平方米，其中占地面积为551.34平方米，主体为八层，局部为十层，建筑首层高5.13米，二层至八层每层高3.91米，第九层高3.16米，第十层高4.88米，主体楼顶上设有方形云亭，该云亭高3.65米，渤海大楼的总建筑高为47.47米。该建筑坐北朝南，主体为现浇钢筋混凝土全框架结构楼房，该建筑的基础作法是用美国松打方木和菲律宾木排列打梅花桩，并用碎砖混凝土垫层带地梁满堂红钢筋混凝土基础，地基形状为不规则的五边形。建筑的正立面为采光和通风的需要分别面向南面，东南面和西南面，并且东面凹进一块。该楼内部用90多根钢柱搭架焊接联成一体，用砖墙填充形成外檐墙，墙体内层用空心砖砌成，首层为碎砖混凝土，二层至九层为钢筋混凝土小肋空，十层、云亭的楼板及顶板均为现浇钢筋混凝土。渤海大楼建筑外墙曲折多变，外立面风格多样，其中首层正面墙面为浅色大理石并点缀有枣红色大理石饰以多道水平条块，一层和二层之间的外立面装饰有三道腰线，二层以上的正面墙以特制红砖填砌并以棕褐色麻面砖饰面，由三联窗组成的纵线条使整体强调竖向构图。建筑转角处采用悬挑结构使其正面的窗口突出墙面。建筑背面外檐为琉缸砖清水墙并设有双层木玻璃窗。

渤海大楼建筑内部地面为水磨石打造，各层平面布置为:建筑首层为商业店铺和营业办公室等;建筑二层的部分房间为首层商业店铺的配套建筑，剩下房间仍为营业办公室，建筑三层至七层每层9间房间，共45间房间，为内部交易用房，房间内部装饰比较简洁，上下水、暖气和公厕卫生设备齐全。这五层之间内部设有折线形通廊，而背面天井一侧设有外廊;建筑八层设有厨房、贮存间和备餐室等，由于渤海大楼从八层往上逐层收缩，因此八层的面积比下面各层小，因此所包含的房间数量也相应减少。建筑九层至十层设有电梯间和水箱间。渤海大楼内部设一部电梯，连接一层和二层主要供店铺使用的四个形式不同的小楼梯、一条从一层直通八层的主楼梯、一条九层至顶层的螺旋式小楼梯以及一条顶层至云亭的铁爬梯。该大楼是天津市早期现代高层建筑杰作之一。