مدرسه چهارباغ به صورت چهار ايوانی است. نمای خارجی عمارت شامل سردری رفيع و با شکوه و زيبا است هفده طاق نمای دو طبقه آجری در اطراف در ورودی خودنمايی می کنند. سردر ساختمان مزين به کاشيهای ريز و ظريف همراه با مقرنس های پر نقش و نگار و خطوط مختلف است که بخش ورودی بنا را تشکيل می دهد.

کتيبه سردر به خط نستعليق سفيد بر زمينه کاشی لاجوردی است که تاريخ 1112 را بر خود دارد و به وسيله عبدالرحيم جزايری کتابت شده است.دو دهانه سردر با کاشی های فيروزه ای تزئين شده و بر روی دو پايه سنگ مرمری، گلدانی به شکل بسيار زيبا قرار گرفته است در طرفين سر در دو سکوی مرمر بسيار نفيس و عالی وجود دارد.

در اصلی مدرسه که با طلا و نقره تزئين شده نمونه بارز هنر زرگری و قلمزنی است که در دوران صفويه به نهايت تعالی و تکامل رسيده است.بر دو لنگه چپ و راست اين در به خط نستعليق بسيار زيبا و به صورت برجسته، اشعاری نوشته شده است. خطاط اين اشعار محمد صالح اصفهانی خوشنويس برجسته آن عصر است.

قسمت داخلی مدرسه شامل هشتی، ورودی، حيات داخلی، گنبد، مناره و اطاقهاست. زيباترين قسمت مدرسه از نظر کاشيکاری هشتی ورودی آن است.در وسط دالان مدرسه سنگاب نفيسی قرار دارد که صلوات بر چهارده معصوم با تاريخ 1110 هجری بر روی آن حجاری شده است. اين سنگاب شاهکار هنر سنگتراشی و خوشنويسی است.

ايوان ها و حجره های صحن چهار ايوانه مدرسه رو به باغی پر درخت قرار دارد که جويباری از ميان آن می گذرد. اين نهر به نام فرشادی است (در اصفهان اين گونه نهرها را مادی می گويند).

مادی فرشادی شعبه ای از زاينده رود است. صحن مدرسه چهارباغ نمونه کامل يک معماری درون گرا و بومی به شمار می رود.

حجره هايی که در دو طبقه و در فواصل ايوان های مدرسه ساخته شده که اختصاص به سکونت طلاب علوم دينی داشته است. اکثر اين حجره ها دارای نقشه يکسانی است که از يک اتاق نشيمن در جلو و قسمتی به صورت صندوقخانه در عقب و قسمتی به نام بالا خانه تشکيل می شود. در جلوی اين حجره ها ايوان زيبا و خوش طرحی قرار دارد.

در جبهه شمالی مدرسه، ايوان شمالی با دهانه نسبتاً عريض و ارتفاع زياد قرار دارد. که در جبهه مقابل آن گنبد و مناره های ايوان جنوبی ديده می شود. کتيبه فوقانی داخل گنبد به خط عبدالرحيم جزايری خوش نويس عصر صفويه می باشد.

تمامی سطوح داخلی بنا به قطعات کوچکی تقسيم می شود که با کاشی تزئين شده است. منبر دوازده پله مدرسه که يکپارچه از سنگ مرمر ساخته شده از بهترين نمونه های هنر حجاری و سنگتراشی آن روزگار است. در کنار اين منبر، محراب نفيس و بسيار زيبای مدرسه قرار دارد که کتيبه بالای محراب و منبر نيز به خط عبدالرحيم جزايری است.

اشعاری که در اطراف سرسرای مدرسه به خط نستعليق بسيار زيبا به رنگ سفيد بر زمينه کاشی خشت لاجوردی نوشته شده به خط محمد صالح اصفهانی و مورخ به سال 1119 هجری است.کتيبه افقی داخل گنبد نيز به خط عبدالرحيم جزايری و تاريخ 1121 هجری است.

شبستان مسقف مدرسه چهارباغ که در ضلع شرقی مدرسه واقع شده با درب منبت کاری بسيار نفيسی به محوطه زير گنبد مربوط می شود در اين شبستان سه محراب وجود دارد که کتيبه های اطراف آنها را محمد مؤمن الحسينی به سال 1118 هجری کتابت کرده است.

در شمال مدرسه چهارباغ بازارچه ای زيبا و مرتفع وجود دارد که در عصر صفويه بازارچه بلند و بازارچه شاهی نيز ناميده می شد. اين بازارچه نمونه ارزنده ای از بازارهای عصر صفوی است. در شرق مدرسه چهارباغ کاروانسرای مادر شاه واقع شده که مهمانسرای عباسی امروز است.