Стены трехгранного ризалита на фасаде, обращенном в сторону пруда, прорезаны в нижней части полуциркульными окнами и широким, также полуциркульным, проемом двери, а в верхней части — круглыми окнами. Филенка над дверью украшена легкой лепной гирляндой. Здание увенчано высоким парапетом, закрывающим кровлю. Парапет имеет разрывы над окнами, забранные балюстрадой.

Фасады Верхней ванны, почти полностью лишенные декоративных деталей, свидетельствуют о совершенно различном понимании архитектурной выразительности ее автором и строителями Эрмитажа и Грота. И тем не менее она не кажется чужеродным организмом в ансамбле Старого сада и композиционно слита с ним. Это достигнуто умело найденным масштабом здания и выбором места для него на берегу пруда, сохранившего свои геометрически правильные очертания.

Внутри павильона находилось несколько небольших помещений: сени, раздевальная, ванна, парильня, помещение истопника и центральный восьмигранный зал, предназначенный для отдыха. Зал был расписан А.И. Вельским по гравюрам с рисунков художника Ф. Смуглевича и архитектора В. Бренна, исполненных ими с росписей Золотого дома Нерона.

После Великой Отечественной войны полуразрушенная Верхняя ванна была восстановлена. Декоративная живопись реставрирована по сохранившимся фрагментам под руководством и по эскизам художника А.В. Трескина. [27. Восстановление павильона осуществлено в 1952—1953 гг.] Плафон и два десюдепорта центрального восьмиугольного зала посвящены мифу о Фаэтоне, сыне бога Солнца — Гелиоса. В полихромной росписи стен широко использованы мотивы гирлянд, букетов цветов и фруктов, придающие интерьеру праздничность и нарядность.