La partie ancienne du lycée est composée de trois bâtiments distincts. Le premier, en « L » inversé, est situé le long du canal. En face de la petite branche, la maison dite du « Katzeroller », maison du directeur (encore actuellement). À ses côtés, la maison du directeur adjoint (proviseur-adjoint aujourd'hui).
Dans le lycée, tout est fait pour rappeler les doubles objectifs éducatifs de celui-ci : la germanisation et l'initiation à l'art par la démonstration.
Dès l'entrée, après le passage du portail des professeurs, surmonté à l'époque de deux chouettes, et des écussons de l'Alsace, Strasbourg et la Lorraine, l'entrée de la maison du proviseur est surmontée de deux médaillons sculptés, rappelant les visages des éducateurs Fröbel et Pestalozzi, de la fin du XVII siècle, début XIX, tous deux germaniques et théoriciens de l'éducation par la démonstration.
La porte des professeurs, donnant sur une antichambre où est située la loge du concierge, est décorée de vitraux en « cul-de-bouteille », composés de verres ronds cerclés de plomb, typique de l'Alsace.
L'une des innovations de l'intérieur est de bénéficier de voûtes en béton armé.
Chaque étage bénéficie d'un pavement différent, aigle, lion ou poisson, ainsi que feuillage, tous destinés à rappeler la vocation impériale de la ville.
L'intérieur des couloirs était richement décoré, et chaque salle surmontée d'un blason coloré avec dessin de sa fonction (des instruments de musique pour la salle de musique, par exemple).
Les deux escaliers d'époque bénéficient de rampes étudiées en fonction du public les fréquentant. Les élèves ont ainsi un escalier à la rampe en fer forgé, tandis que leurs professeurs ont une rampe en pierre sculptée, où chaque palier est orné d'une colonnade, imitation de diverses colonnes prises dans les régions adjacentes. Les deux escaliers sont maintenant empruntés indifféremment par élèves et professeurs.
Au premier étage la salle des professeurs et la bibliothèque étaient richement décorées, l'une de décors peints (couverts en blanc durant les années 60) et l'autre de riches boiseries (restaurées récemment). L'une des surprises architecturales du lycée est la présence d'un oriel, imitation de l'oriel de la maison corporative des boulangers. Admirablement intégré à la salle, celui-ci constitue une alcôve.
La bibliothèque bénéficiait d'un riche mobilier néo-gothique, renouvelé récemment, ainsi que d'un matériel pédagogique important (stocké également au grenier), moulages, positifs sur verre, cartes des années 1900, etc.
Le deuxième étage était celui des salles de cours. Enfin, le troisième était une seule salle, la salle de musique. Actuellement, le troisième étage regroupe les salles de travaux pratiques de chimie et deux amphithéâtres principalement utilisés pour les sciences.
Le lycée comporte un cadran extérieur auquel était reliée une horloge de précision unique produite par l'entreprise Ungerer à la même date que celle de la construction du lycée. On peut l'admirer lors des journées du patrimoine, et plus particulièrement son mécanisme complexe qui dérive de celui de l'horloge astronomique de la cathédrale de Strasbourg.
Cette horloge fait l'objet d'une inscription au titre des monuments historiques depuis le 13 novembre 2003.
