พระที่นั่งบรมพิมาน เป็นอาคาร ๒ ชั้น หลังคารูปโค้ง มุงด้วยกระเบื้องหินชนวน ลักษณะแบบเฟรนซ์เรเนซองซ์ ออกแบบโดยสถาปนิกชาวยุโรป ผู้ทำการก่อสร้างคือ พระยาประดิษฐ์อมรพิมาน (หม่อมราชวงศ์ชิต อิศรศักดิ์)

พระบาทสมเด็จพระมงกุฎเกล้าเจ้าอยู่หัว โปรดเกล้าฯ ให้นาย อี.มนเฟรดี สถาปนิก และนาย ซี. ริโกลี จิตรกรชาวอิตาลี ดัดแปลงเพดานพระที่นั่ง และเขียนภาพสีประดับ ตามตัวอย่างภาพเขียนของสมเด็จพระเจ้าบรมวงศ์เธอ เจ้าฟ้ากรมพระยานริศรานุวัดติวงศ์

เมื่อ พ.ศ. ๒๕๐๒ พระบาทสมเด็จพระบรมชนกาธิเบศร มหาภูมิพลอดุลยเดชมหาราช บรมนาถบพิตร โปรดเกล้าฯ ให้ซ่อมแซมและต่อเติมมุขด้านทิศใต้ และสร้างอาคารรับ 2 อาคารด้านทิศใต้ เพื่อใช้เป็นที่ประทับและพักรับรองพระราชอาคันตุกะชั้นประมุข และพระราชวงศ์ชั้นสูงของต่างประเทศ โดยหม่อมเจ้าสมัยเฉลิม กฤดากร ทรงเป็นสถาปนิกออกแบบต่อเติม ทางด้านหลังพระที่นั่งองค์นี้ ได้สร้างเรือนรับรองเป็นเรือนทรงไทย สำหรับผู้ติดตาม