El edificio, por lo innovador, es una típica obra gaudiniana en la que las líneas geométricas son sólo rectas formando planos curvos. Toda su fachada está realizada en piedra calcárea de Vilafranca, salvo la parte superior que está cubierta de azulejos blancos, cuya combinación evoca una montaña nevada. En la azotea se encuentran grandes salidas de escalera rematadas con la cruz gaudiniana de cuatro brazos, y chimeneas recubiertas de fragmentos de cerámica, con la apariencia de cabezas de guerreros protegidas por yelmos.

De formas orgánicas, la Casa Milà evoca sin lugar a dudas la naturaleza: diversos estudiosos han percibido en la Pedrera formas que recuerdan los riscos de Fra Guerau en la sierra de Prades cerca de Reus, el torrente de Pareis al norte de Mallorca o Sant Miquel del Fai en Bigues i Riells, todos ellos lugares visitados por Gaudí.

Cabe destacar la belleza del hierro forjado de sus balcones, que simulan plantas trepadoras, obra de los hermanos Lluís y Josep Badia i Miarnau. Posee un total de cinco plantas, más un trastero diáfano realizado en su totalidad con arcos catenarios y la mencionada azotea, así como los dos grandes patios interiores, uno de planta circular y otro de planta oval. En la fachada destaca el arco ciclópeo de entrada, mientras que la cornisa superior, de forma ondulada, tiene esculpidos capullos de rosa con inscripciones del Ave María en latín.