关肇邺负责设计，设计中，与周围早期建筑保持互相唿应，形成良好的空间节奏。理科馆整体採用西洋古典建筑形式、清水砖墙，建筑为「ㄩ」字型平面布局，开口朝向北侧，并与一字型化学馆围成一个中心下沉广场。理科馆西南角设有八角形报告厅，与生命科学馆八角形门楼、八角形气象台相互唿应。
得奖.理科馆获得许多建筑工程设计奖。包含：中国第9届优秀工程设计铜奖、建设部2000年度部级城乡建设优秀勘察设计二等奖、2000年教育部优秀设计二等奖。1999年，理科馆与伟伦馆共同获得中国建筑工程最高奖鲁班奖。