Το Ωνάσειο Καρδιοχειρουργικό Κέντρο αναπτύσσεται περιμετρικά από κεντρικό αίθριο και κατέχει συνολική επιφάνεια 21.360 τμ. Το κτίριο έχει αναπτυχθεί στη δεξιά πλευρά του οικοπέδου και καταλαμβάνει τα 2/3 του, αφήνοντας έτσι το υπόλοιπο ελεύθερο, ώστε στο μέλλον να υπάρχει η δυνατότητα επέκτασης με νέο κτίριο μικρότερων διαστάσεων, που θα μπορεί να συνδεθεί με την κυρίως κατασκευή με γυάλινους διαδρόμους.

Τα κριτήρια που ελήφθησαν υπ'όψη για το σχεδιασμό του κτιρίου ήταν:

• Να έχει μνημειακό χαρακτήρα.
• Να είναι δείγμα μοντέρνας αρχιτεκτονικής ενσωματώνοντας στοιχεία της κλασσικής ελληνικής αρχιτεκτονικής.
• Να είναι ένα σύγχρονο καρδιοχειρουργικό κέντρο που να μπορεί να συγκριθεί με τα καλύτερα ομοειδή στον κόσμο.

Το κτίριο αναπτύσσεται σε:

• Υπόγειο που διαθέτει βοηθητικές και μηχανολογικές εγκαταστάσεις.
• Ισόγειο όπου βρίσκονται τα Εξωτερικά Ιατρεία, τα Διαγνωστικά Τμήματα και τα γραφεία της Διοίκησης.
• 1ο όροφο όπου βρίσκονται τέσσερα Χειρουργεία, η Καρδιοχειρουργική Μονάδα Εντατικής Θεραπείας, η Παιδοκαρδιοχειρουργική-Παιδοκαρδιολογική Μονάδα Εντατικής Θεραπείας, η Μονάδα Εμφραγμάτων και το Αιμοδυναμικό Εργαστήριο με τρεις αίθουσες.
• 2ο όροφο όπου βρίσκονται τα γραφεία των Ιατρών, τα γραφεία Διεύθυνσης της Νοσηλευτικής Υπηρεσίας, η Αποστείρωση και η Βιβλιοθήκη. Επίσης, υπάρχει το παρεκκλήσι του Αγίου Αλεξάνδρου.
• 4ο, 5ο και 6ο όροφο όπου βρίσκονται τα δωμάτια νοσηλείας. Κάθε νοσηλευτικός όροφος χωρίζεται λειτουργικά σε δύο τμήματα, που το καθένα έχει δικό του σταθμό νοσηλευτών και χώρο επισκεπτών.
• 7ο όροφο όπου βρίσκονται το γραφείο του Προέδρου του ΔΣ, η αίθουσα συσκέψεων του ΔΣ, το γραφείο εκπαίδευσης και η αίθουσα εκδηλώσεων. Στον ίδιο όροφο λειτουργεί και εστιατόριο.