A arquitectura barroca, de gosto italiano, é atribuída a Nicolau Nasoni pela coerência do estilo e semelhança com outras obras de sua autoria. Segundo Robert Smith, especialista na sua obra, o arquitecto terá dedicado à construção da Casa, ou pelo menos à sua fachada central e decoração, os anos entre 1739 a 1743.
Para além do esplendor barroco da fachada principal e da riqueza da decoração, composta por cimalhas curvas, frontões, pináculos e estatuária, impressiona a racionalidade da planta e o rigor da métrica e da modulação.
A planta inscreve-se num rectângulo, e divide-se em dois quadrados vazados ao centro, que criam várias alas e compõem dois pátios ligados entre si por grandes aberturas no piso térreo. O pátio frontal é aberto libertando a vista da fachada principal recuada e voltada a poente, e o posterior é encerrado, e definem através dos grandes vãos do rés do chão um eixo central de perspectiva que atravessa toda a construção, corta o edifício e constitui um enfiamento de expressão clássica e grande harmonia.
O acesso ao piso nobre faz-se por duplas escadarias que se repetem nas fachadas transversais dos dois pátios, duas a poente e uma a nascente, e acentuam a simetria e o movimento barroco de toda a ornamentação.
No 1º andar, entre os pátios e com fachadas sobre ambos, ao centro da construção e definindo a linha de união dos dois quadrados que compõem a planta, localiza-se o Salão de Entrada. Dá acesso a norte e a sul, respectivamente à Biblioteca e ala de quartos, e à Sala do Tijolo e ala das salas. As duas alas são ligadas entre si no topo nascente através de uma ala com quartos que dá acesso ao Coro da Capela.
O granito amarelo constrói as paredes duplas e desenha as cantarias, e a madeira de castanho aparente compõe as portadas, a talha que trabalha os tectos de caixotão simples ou abobadado e as sobreportas com motivos da heráldica da família.
Referências em documentos do arquivo da Casa e a análise atenta da planta e elementos da construção, apontam para a identificação de possíveis pré-existências da primitiva construção e diferentes campanhas de obras. Diferente constituição da alvenaria de pedra em paredes e distintas espessuras podem significar obras sucessivas, sendo nesta hipótese mais recentes as alas frontais do edifício, tese colocada por Vasco Graça Moura nos seus estudos sobre a Casa.
Completam o conjunto a Capela e a Adega, contribuindo para a monumentalidade da leitura global, com as suas volumetrias de grande harmonia. A frente da Capela é paralela à fachada principal da Casa e recua para o plano da sua fachada posterior, criando espaço para o Terreiro, que com o seu Cruzeiro separa a Casa da Adega.
As obras da Capela são concluídas em 1750 por D. Luís António de Sousa Botelho Mourão, com desenho de influência nasoniana e autoria do Mestre José Álvares do Rego. Ricamente ornamentada a altura da fachada retoma a altura da fachada principal da Casa.
As Casas da Adega datam do século XVI, foram incluídas na Casa por D. Maria Coelho e seu Marido em 1655, e ampliadas para o alinhamento das fachadas principal e tardos da Casa, a poente e nascente, respectivamente em 1854 e 1856. Trata-se de uma construção em dois corpos longitudinais paralelos à Casa, de grande pureza de linhas, modulado por várias pilastras e bonitas cantarias de avental nos vãos do 1º andar.
Outros anexos agrícolas completam o conjunto, sendo o mais importante o Barrão e a Eira localizados a Sul da Casa, junto à fonte que por muitos anos incluiu o sistema de abastecimento de água à Casa.
D. Luís António e seu filho D. José Maria de Sousa Botelho Mourão e Vasconcelos deixaram inventários que permitem entender a funcionalidade dos espaços da Casa e o seu recheio. As plantas com a sua distribuição esclarecem sobre a vida quotidiana em finais do século XVIII e inícios do século XIX, e a organização das alas norte e nascente, que no 1º andar diferia da actual. Na parte central da ala nascente localizavam-se seis quartos e pequenas salas de passagem, e na ala norte para além das Salas de Mateus d’Allem na sua área frontal, uma série de pequenos quartos com corredor central, uma latrina e o acesso ao sótão.