ที่ตั้งของสถานีสนามไชยเป็นสถานีแห่งเดียวในโครงการระบบรถไฟฟ้าขนส่งมวลชนในกรุงเทพมหานคร ที่มีตัวสถานีอยู่ใจกลางพื้นที่ชั้นในของเกาะรัตนโกสินทร์ ภายในขอบเขตระหว่างแม่น้ำเจ้าพระยา และคลองคูเมืองเดิม (นอกเหนือจากสถานีสนามหลวง ของรถไฟฟ้ามหานคร สายสีส้ม ซึ่งมีทางเข้า-ออกสถานีที่เชื่อมต่อกับท้องสนามหลวงอยู่ในขอบเขตพื้นที่ดังกล่าว) จึงทำให้การวางแผนก่อสร้างเส้นทางและตัวสถานีสนามไชยเป็นที่จับตามองจากคณะกรรมการกรุงรัตนโกสินทร์ เนื่องจากหลายฝ่ายกังวลว่าโครงสร้างระบบรถไฟฟ้าจะส่งผลกระทบต่อชั้นน้ำใต้ดินและความมั่นคงของโครงสร้างโบราณสถานที่สำคัญใกล้เคียง โดยเฉพาะวัดพระเชตุพนฯ และพระบรมมหาราชวัง นอกจากนี้เพื่อรักษาทัศนียภาพของเมืองและเพื่อลดผลกระทบในระหว่างการก่อสร้าง จึงจำเป็นต้องเลือกวิธีการก่อสร้างเส้นทางแบบไม่เปิดหน้าดิน

เพื่อป้องกันมิให้โครงสร้างสถานีบดบังทัศนียภาพของมิวเซียมสยาม การรถไฟฟ้าขนส่งมวลชนแห่งประเทศไทย และผู้รับเหมาก่อสร้างคือ บริษัท ช.การช่าง จำกัด (มหาชน) จึงตกลงร่วมกันที่จะก่อสร้างทางขึ้น-ลงที่ 1 ในรูปแบบการตัดหลังคาออกไป โดยระหว่างการก่อสร้างได้มีการเพิ่มบ่อพักน้ำฝนและเพิ่มท่อระบายน้ำบริเวณที่เป็นโซนพื้นที่กลางแจ้งของสถานี รวมถึงได้มีการติดตั้งบันไดเลื่อนแบบใช้งานกลางแจ้งเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดปัญหาไฟฟ้ารั่วหรือลัดวงจรแก่ผู้มาใช้บริการ

การออกแบบภายใน ใช้รูปแบบสถาปัตยกรรมสมัยรัตนโกสินทร์ตอนต้น ออกแบบโดย รศ.ดร. ภิญโญ สุวรรณคีรี ศิลปินแห่งชาติ สาขาทัศนศิลป์ ให้ความรู้สึกเหมือนเป็นท้องพระโรงในสมัยรัตนโกสินทร์ มีการประดับด้วยเสาสดุมภ์ ที่ตั้งตระหง่านอยู่ระหว่างทางเดิน ลงลายกระเบื้องเป็นดอกพิกุล ปลายเสาประดับด้วยบัวจงกลปิดทองคำเปลว พื้นและผนังจำลองมาจากกำแพงเมือง ประดับด้วยเสาเสมาของพระบรมมหาราชวัง เพดานเป็นลายฉลุแบบดาวล้อมเดือน ปิดทองคำเปลว[1] นอกจากนี้ยังมีการจัดนิทรรศการ แสดงวัตถุโบราณที่ขุดพบ เช่น ฐานรากของพระราชวังของพระเจ้าบรมวงศ์เธอ พระองค์เจ้าศุขสวัสดี

ระบบปรับอากาศ ไว้ด้านข้างแทนการวางด้านบน ทำให้สถานีนี้มีเพดานสูงกว่าสถานีอื่น[2]