В Сенате Казакова по сравнению с Кремлевским дворцом Баженова проявилось новое осмысление роли Кремля как центра города. В отличие от баженовской идеи создания центральных площадей города внутри самого Кремля в проекте Казакова главное внимание уделялось Красной площади как композиционному звену, которым предполагалось связать старый Кремль с полукольцом площадей, намечаемым вокруг него по плану 1775 г. Купол Сената, совмещаясь с осью Сенатской башни Кремля, должен был фиксировать середину Кремлевской стены между Спасскими и Никольскими воротами и отмечать середину Красной площади.
Местоположение купола Сената создавало новую поперечную архитектурную ось площади, закрепленную позднее портиком торговых рядов и памятником Минину и Пожарскому. Сенат с его передовыми для того времени классическими формами и древние сооружения Кремля составляли выразительное архитектурное целое.
Градостроительное содержание композиции Сената, способствовало новому, более полному раскрытию художественного богатства кремлевского ансамбля в круговом обзоре со стороны кольца парадных площадей будущего центра Москвы. Казаков и в последующих своих произведениях— Университете, доме Благородного собрания, осуществляя застройку центральных площадей, ориентировал главную архитектурную ось сооружений, а вместе с тем их главные фасады щ Кремль. Общая композиция здания Сената, обусловленная в плане формой отведенного для него участка представляет собой простой, ясно очерченный архитектурный объем. В системе членений этого объема проведено четкое соподчинение частей в соответствии с их практическим назначением. Основным организующим элементом фасадов служит ритм обычных для того времени простых лопаток, идущих на высоту двух верхних этажей, поставленных на высокий пьедестал рустованного первого этажа. В центре фасадов и по углам лопатки заменены пилястрами римско-дорического ордера.
В Сенате мастерски использован необычный прием: сочетание двух равновеликих ордеров—дорического, определяющего главные членения и общий пропорциональный строй всего фасада в целом, и ионического в портике. Интересен прием взаимопроникновения ордеров: антаблемент ионического портика протянут в упрощенном виде по всему фасаду между лопатками дорического ордера. Центр главного фасада с Сенатской площади, расположенный против главного входа здания Арсенала, построен в виде триумфальной арки. Ионический четырехколонный портик с фронтоном, обрамляющий проезд во внутренний двор здания, подчеркнут куполом овального зала, расположенного над въездной аркой. Арка раскрывает перспективу на композиционный центр сооружения — купольный зал Сената, отодвинутый в глубину парадного пятиугольного двора. Ротонда зала, обрамленная снаружи монументальной дорической колоннадой, — центральный узел всей композиции здания.
В первом варианте проекта Казаков поместил в центре зала как бы свободно стоящую купольную ротонду, окруженную трибунами. В окончательном варианте круглый в плане трехсветный зал обрамлен вдоль стен колоннадой коринфского ордера, отвечающей по высоте большому ордеру фасада. По верху антаблемента колоннады расположена обходящая зал галерея. Купол прорезан 24 окнами, освещающими сверху зал диаметром 24,7 м, высотой 27 м.
Новой в архитектуре Сената была и конструктивная система купола. Купол толщиной 27 см, внутренний пролет которого на уровне верха барабана равен 22,5 м, выполнен в кирпиче. Казаков разработал такую структуру ротонды, при которой купол опирается не только на стену, но и на колоннаду. Распор купола воспринимается массивом стен зала и его наружной колоннадой. Очертание купола приближается к параболе, близкой к кривой давления. Купол утеплен смазкой из известкового раствора с древесным углем толщиной 20 см.
Зрительному эффекту высоты зала и легкости купола способствует обработка его поверхности прямоугольной сеткой узких парных ребер, образующих систему крестообразно расположенных филенок и неглубоких квадратных кессонов с розетками.
Барельефы зала, размещенные под галереей, в простенках между колоннами, над нижними рядами окон раскрывали идейное содержание архитектурного облика сооружения. В художественной форме скульптурных аллегорий прославлялись законность, правосудие, человеколюбие и просвещение — все то, что ожидалось либеральным дворянством от просвещенного монарха. Прототипами московских барельефов послужили сходные барельефы петербургского Сената, в разработке сюжетов которых и сопровождающих надписей
