ตึกสุนันทาลัย เป็นอาคารก่ออิฐฉาบปูน 2 ชั้น ทาสีขาว ลักษณะสถาปัตยกรรมแบบ Neo Classic ด้านหน้ามีมุขเป็นรูปมงกุฎยื่นออกมาประดับด้วยลวดลายปูนปั้น ส่วนยอดประดับด้วยปูนปั้นเป็นรูปตราแผ่นดินสมัยรัชกาลที่ 5 มีประตูใหญ่ ออกมาสู่มุขที่เป็นเฉลียงรูปโค้งซุ้มประตูทำเป็นรูป โค้งรองรับด้วยเสาโครินเธียน ประดับด้วยตุ๊กตาปั้นตั้งอยู่ในช่อง ส่วนยอดอาคารมีหลังคาโดม ซึ่งต่อมาสูญหายไป สันนิษฐานว่าถูกรื้อไประหว่างการบูรณะอาคาร ตึกสุนันทาลัย ได้รับรางวัลอาคารอนุรักษ์ดีเด่นจากสมาคมสถาปนิกสยาม ประจำปี พ.ศ. 2525
ผังตึกสุนันทาลัยเป็นสี่เหลี่ยมผืนผ้า ขนานไปกับแม่น้ำเจ้าพระยา โดยด้านหน้าหันออกสู่แม่น้ำ ส่วนด้านหลังหันออกสู่ถนนมหาราช มีมุขยื่นออกมา จึงดูคล้ายรูปกากบาท ทางขึ้นชั้นบนอยู่ภายนอกอาคาร อยู่ตรงกับทางเดินด้านหน้า โครงสร้างเป็นกำแพงรับน้ำหนัก หลังคาทรงปั้นหยา มุงกระเบื้องไม่มีกันสาด มีทางเดินโดยรอบทำหน้าที่เป็นกันสาด ในตัวทางเดินด้านหน้ามีผนังเจาะโค้งรูปครึ่งวงกลม มีช่องแสงรูปครึ่งวงกลมเหนือประตูภายใน ประดับด้วยกระจกสีลวดลายงดงาม
ตึกสุนันทาลัย เป็นอาคารที่พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว โปรดเกล้าฯ ให้สร้างขึ้นเป็นอนุสรณ์สถาน แสดงความอาลัยรักถึงพระมเหสี สมเด็จพระนางเจ้าสุนันทากุมารีรัตน์ พระบรมราชเทวี ซึ่งเสด็จทิวงคตด้วยอุบัติเหตุเรือพระที่นั่งล่ม เมื่อ พ.ศ. 2423 ต่อมาได้พระราชทานให้เป็นที่ตั้งโรงเรียนสตรีสุนันทาลัย เป็นโรงเรียนสตรีแห่งแรกในประเทศไทย เป็นที่ตั้งของโรงเรียนสวนกุหลาบอังกฤษสุนันทาลัย และเป็นที่ตั้งของโรงเรียนราชินีในเวลาต่อมา
(1269)