החדרים העיקריים בסגנון הבארוק, כולל חדרי השינה, נמצאים בפיאנו נובילה, שבסנסוסי הייתה קומת הקרקע לפי החלטתו של פרידריך. לאגפים המשניים יש קומות עליונות, והחלק המרכזי ששימש את המלכים תפס את כל גובהו של המבנה. הנוחות הייתה מרכיב חשוב במתאר של החדרים. הארמון ביטא גישה עדכנית לאותה התקופה באדריכלות הצרפתית, באמצעות חדריו שניצבו בשני טורים זה מול זה. החדרים הראשיים פנו לכיוון הדרום ואל הגן, וחדרי המשרתים בטור האחורי פנו לכיוון צפון. החדרים בכל טור חוברו זה אל זה באמצעות דלתות. הם נבנו בצורת אנפילדה, כך שניתן להעריך את כל אורכו הפנימי של הארמון במבט אחד.
פרידריך הגדול הכין שרטוטים שבהם תיאר את הקישוטים והמראה שביקש, ואלו פורשו על ידי אמנים כגון יוהאן אוגוסט נאהל, אשר יצרו את חפצי האמנות וקישטו את החדרים בסגנון הרוקוקו. פרידריך לא הקדיש תשומת לב רבה לכללי הנימוסים וההליכות, ורצה להיות מוקף בחפצי אמנות בעלי יופי רב. הוא ארגן את חדריו הפרטיים לפי טעמו וצרכיו האישיים, ולעיתים התעלם מהמנהגים האופנתיים שרווחו באותה תקופה. הפעולות הללו הולידו את המונח "רוקוקו פרידריכיאני".
אזור הכניסה המרכזי, המורכב משתי מבואות – "אולם הכניסה" ו"אולם השיש" – נמצא במרכז המבנה הראשי, ושימש כחדרי התכנסות עבור אורחים ואנשי חצר המלך. החדרים הסמוכים לאולם השיש הופכים בהדרגה ליותר אינטימיים, כפי שהיה מקובל במסורת הבארוקית של חדרים רשמיים. באופן זה היה אולם השיש לחדר קבלת האורחים הראשי מתחת לכיפה המרכזית. חמישה חדרי אורחים נבנו בכיוון מערב מאולם השיש. חדריו הפרטיים של המלך נבנו בצד המזרחי, וכללו חדר קבלת קהל, חדר מוזיקה, חדר עבודה, חדר שינה, ספרייה וגלריה ארוכה בקצה הצפוני.
אולמות וחדרים.
הכניסה לארמון היא בדרך כלל דרך אולם הכניסה, שבו היה המשך האכסדרה החיצונית. בקירותיו המלבניים של החדר שובצו עשרה זוגות של עמודים קורינתיים משיש סטוקו לבן עם כותרת מוזהבת. שלושה תבליטים מעל הדלתות תיארו נושאים שונים הקשורים לדיוניסוס, ושיקפו את הכרמים והגנים שמחוץ למבנה הראשי. המראה הקלאסי הנוקשה היה מנוגד לתקרה המצוירת, שנוצרה על ידי הצייר השוודי יוהאן הארפר. בתקרה תוארה סצנה מהמיתולוגיה הרומית, שבה אלת הפרחים ועונת האביב פלורה משליכה יחד עם עוזריה פרחים מהשמים.
מתוקף היותו מקום כנסים, נבנו בארמון ובמבנים שבפארק מספר חדרי קבלת אורחים. אולם השיש הסגלגל היה חדר קבלת האורחים הראשי, ושימש כמקום עריכתן של מסיבות רבות בארמון. כיפתו של האולם מעוטרת בכיפת קופולה. זוגות העמודים נבנו משיש שמקורו באזור קרארה שבטוסקנה, ובראשם הוצבו פסלי פוטי (מלאכים קטנים) המשלשלים את רגליהם מהקרניז. צבע הכיפה לבן, והיא מצופה בקישוטים. רצפת האולם עשויה שיש איטלקי, והיא בנויה בצורת מעגלים בעלי מרכז משותף. בצד הפונה אל הגן יש שלושה חלונות קשתיים, ואילו בצד הנגדי של החדר שתי גומחות ובהן פסלים של ונוס-אוראניה ואפולו, שנוצרו על ידי הפסל הצרפתי פרנסואה גספאר אדאם. הפסלים הללו נועדו להדגיש את האיקונוגרפיה של סנסוסי כמקום מפגש בין האמנות לטבע.
ליד אולם השיש היה חדר נוסף ששימש כאולם אסיפות וכחדר אוכל. החדר מקושט בציורים של ציירים צרפתים מהמאה ה-18, בהם אנטואן ואטו. אולם, הפסל פרידריך גלום הוא שיצר את פסלי המלאכים הקטנים, הפרחים והספרים הנמצאים על התבליטים שמעל הדלתות בחדר, וציורי התקרה הם בסגנון הרוקוקו. צורה זו של קישוטי רוקוקו הייתה שכיחה מאוד על הקירות והתקרה בעת שהחדר שימש לעריכת אירועים מוזיקליים. הפורטה-פיאנו מ-1746, שהיה בבעלות פרידריך הגדול, הוא שריד למטרתו המקורית של החדר.
לא כל הארמון נבנה בסגנון הרוקוקו; לדוגמה, חדר העבודה והשינה של המלך, שנבנה מחדש על ידי פון ארמנסדורף ב-1786, מנוגד מבחינה סגנונית לחדרי הרוקוקו. המאפיין הבולט שלו הוא הקווים הישרים והרצופים בסגנון הקלאסיציזם. שולחנו של פרידריך והכורסה שבה מת הוחזרו לחדר רק באמצע המאה ה-19, ולאחר מכן הושבו דיוקנאות וחלקי רהיטים מתקופתו של פרידריך.
דוגמה נוספת לחריגה מהמסורת הצרפתית של עיצוב חדרים הייתה הגלריה הפונה לכיוון צפון, שממנה ניתן היה להשקיף על החצר הקדמית. בקיר הפנימי של החדר יש מספר גומחות שבהן פסלי שיש של אלים מהעולם היווני-רומי. בקיר הנגדי משובצים חמישה חלונות שביניהם מראות ארוכות וגדולות, המשקפות את הציורים התלויים בין הגומחות שמנגד.
חדר השינה של המלך היה מחובר לספרייה עגולה באמצעות מסדרון צר. קירות הספרייה ומדפי הספרים עשויים עץ ארז. הצללים ההרמוניים של הצבע החום עם הקישוטים המוזהבים נועדו להשרות שלווה. מדפי הספרים הכילו למעלה מ-2,100 כותרים של כתבים היסטוריוגרפיים יוונים ורומיים, וכן אוסף של ספרים צרפתיים מהמאה ה-17 והמאה ה-18, עם דגש על עבודותיו של וולטר. הספרים נכרכו בכריכות מעור עזים עם קישוטי זהב.
בחלק המערבי של המבנה שכנו חדרי האורחים, ששימשו את ידידי המלך שהיו די מקורבים אליו על מנת לזכות בהזמנה לסנסוסי. שניים מחבריו של פרידריך הפכו למזוהים עם הארמון עקב תדירות ביקוריהם בו, והחדרים שבהם שהו נקראו על שמם. חדר רוטנבורג קרוי על שמו של רוזן רוטנבורג, שהתגורר בו עד מותו ב-1751, והוא מאזן בין הסגנון האדריכלי של הארמון לזה של הספרייה. חדר וולטר שימש את הפילוסוף הידוע פעמים רבות בעת שהותו בפוטסדאם בין 1750 ל-1753. החדר נודע בקישוטיו הרבים, שבזכותם זכה לכינוי "חדר הפרחים". על קיר שנצבע בצהוב היו תחריטי עץ צבעוניים. החדר הקנה תחושה טבעית ונינוחה בזכות ציורי ההומינואידים, תוכאים, עגוריים, חסידות, פירות, פרחים, וזרי פרחים. יוהאן כריסטיאן הופנהאופט הבן (Johann Christian Hoppenhaupt der Jüngere) תכנן את החדר בין 1752 ל-1753 לפי תוכניות של פרידריך.
גן הטרסות.
הנוף הפנורמי הנשקף מהארמון נוצר כתוצאה מהחלטתו של פרידריך להקים כרם טרסות על המדרון הדרומי של גבעות רובע בורנשטדט שבפוסטדאם. לפני בניית הגנים היה האזור בית גידול עבור עצים רבים, אך הם נכרתו בתקופת שלטונו של "המלך-החייל" פרידריך וילהלם הראשון, על מנת לאפשר את הרחבתה של פוטסדאם.
ב-10 באוגוסט 1744 הורה פרידריך להפוך את הגבעה העירומה לכרם טרסות. לאחר מכן הוקמו שלוש טרסות שבמרכזן שביל קמור, אשר נועד להגביר את עוצמת אור השמש. בקיר הלבנים המרכיב את המחיצות של הקירות התומכים משובצות 168 גומחות בוהקות שבהן נשתלו תאנים, ולאורך קיר הלבנים נשתלו באמצעות הדליה גפנים משורגים מפורטוגל, איטליה, צרפת ומהעיירה הסמוכה נוירופין (Neuruppin). כל אחד מחלקי הטרסה חולק באמצעות רצועות של מדשאות, שעליהן נשתלו עצי טקסוס. עצים נמוכים שנשתלו מסביב לגפנים המשורגים יצרו גינות מלבניות נוספות המכונות בצרפתית "Parterre" ("פַּארְטֶר"), ובמרכזן של אלה נבנו במשך השנים 132 מדרגות שהובילו אל הפארק ויצרו למעשה שש טרסות.
ב-1745 נבנה למרגלות הגבעה גן בארוקי מקושט, שהיה מבוסס על הגינות המלבניות של ורסאי. ב-1748 נבנתה במרכז הגן המזרקה הגדולה; פרידריך לא זכה לראות את המזרקה פועלת, מאחר שהמהנדסים שאותם העסיק בבנייתה לא היו בקיאים במידה הדרושה בכללי ההידראוליקה הרלוונטיים. החל מ-1750 הוצבו פסלי שיש מסביב לבסיס המזרקה; גם מאפיין זה הועתק מוורסאי: פסלים של ונוס, מרקוריוס, אפולו, דיאנה, יונו, יופיטר, מרס ומינרווה, וכן תיאורים אלגוריים של ארבעת היסודות (אש, מים, אוויר ואדמה). חלק מהפסלים, כגון אלו של ונוס ומרקוריוס, נוצרו על ידי הפסל ז'אן-בטיסט פיגאל, וניתנו במתנה על ידי לואי החמישה עשר, מלך צרפת. הפסלים האחרים פוסלו בסדנה של פרנסואה גספר אדם, שחי ופעל באותה תקופה בברלין. ב-1764 הושלמה בנייתו של המבנה שיהיה ידוע בכינוי "טבעת האבן הצרפתית" (französisches Rondel). בסמוך לטבעת האבן שכן גן המטבח, שפרידריך וילהלם הראשון הורה להקים בזמן כלשהו לפני 1715.
כשתכנן פרידריך את הגן הוא העניק חשיבות רבה לשילוב של גן נוי וגן מעשי, ובכך הדגים פעם נוספת את אמונתו שהאמנות והטבע צריכים להיות מאוחדים.
הפארק.
לאחר הפיכת הכרם למדורג והשלמת בנייתו של הארמון, הוחלט לכלול בשטחו את האזור שמסביב, ולהקים גן פרחים בארוקי עם מדשאות, ערוגות פרחים, גדרות חיות ועצים. בחלק של הגדר החיה נשתלו 3,000 עצים. בחממות של המשתלות גדלו צמחים שונים כגון תפוז, מלון, אפרסק ובננה. ביציאה המזרחית של הפארק הוקם אובליסק שכלל פסלים של פלורה (אלת הפרחים והאביב במיתולוגיה הרומית) ופומונה (אלת עצי הפרי, גנים ופרדסים). פסלי האלות נועדו להדגיש את החיבור של גן המיועד לפרחים, פירות וירקות. כמו כן, הוא הורה להקים מספר מקדשים ומבני שטות בסגנון הרוקוקו, שאפיין את הארמון עצמו. חלק מהמבנים הללו היו בתים קטנים ששימשו כפיצוי על מיעוט חדרי קבלת האורחים בארמון.
לאחר הרחבת האתר, שנעשתה בעקבות הקמתם של מבנים נוספים, הוחלט לבנות שדרה מרכזית באורך 2.5 קילומטרים. הבנייה החלה ב-1749 בסמוך לאובליסק המזרחי, ובמשך השנים הגיעה עד לארמון החדש, המסמן את נקודת הקצה המערבית של הפארק. ב-1764 נבנתה גלריית התמונות של סנסוסי, וב-1774 – החדרים החדשים. המבנים הללו מאגפים את הארמון, ויוצרים נקודות על השדרה שבהן יש אזור עגול שבמרכזו מזרקה המוקפת בפסלי שיש. מאותן נקודות יש שבילים הבנויים בדפוס של כוכב, המקשרים בין הגדרות החיות לבין חלקים אחרים של הגנים.