La facciata imponente riprende quella di palazzo Venezia, con una torretta a sinistra (il cui coronamento è però un ripristino recente) e con finestre crociate che riportano il nome del cardinale fondatore, mentre quelle rettangolari al primo piano hanno iscritto il suo motto. Ai lati del basamento si trovano due fontanelle col drago araldico di papa Paolo V, mentre lo stemma che campeggia sulla facciata è quello di papa Clemente XIV.
Gli ambienti sono organizzati attorno a un ampio cortile centrale, che ha una singolare disposizione su due livelli: uno inferiore, circondato da portici su pilastri ottagonali e con al centro un pozzo, e uno superiore, tenuto a giardino murato.
Numerosi sono gli affreschi, spesso con finte architetture. Al piano nobile nell'ala sinistra si trova una galleria con affreschi cinquecenteschi, mentre nell'ala destra, visitabile su richiesta dell'ordine gerosolimitano, si trova il salone con il cosiddetto Soffitto dei Semidei, una serie di lacunari dipinti e dorati con figure mitologiche e allegoriche di Pinturicchio (1490).
DA CHIO Maria Cristina, Il Palazzo della Rovere del Gran Magistero dell’Ordine Equestre del Santo Sepolcro di Gerusalemme in Roma, Roma: Miligraf 2021, ISBN 978-8896002735.