L'École des beaux-arts forme un vaste ensemble situé face au Musée du Louvre, au cœur de Saint-Germain-des-Prés, dont les bâtiments sont répartis sur plus de deux hectares, entre la rue Bonaparte et le quai Malaquais, et datent des XVIIe, XVIIIe et XIXe siècles et même pour certaines parties, du XXe siècle.
La construction la plus ancienne est la chapelle et ses bâtiments annexes, élevés au début du XVIIe siècle pour le couvent des Petits-Augustins. C'est dans cette chapelle, dite chapelle des louanges, que la reine Margot, puis Catherine de Médicis réunissent une des première collection d'œuvres d'art à Paris. Par la suite le lieu fut aménagé par Alexandre Lenoir (1761-1839), pendant la période de la Révolution pour entreposer des œuvres menacées de destruction, comme les tombeaux des rois de France de Saint-Denis. Au cours du Premier Empire, y fut créé le Musée des monuments français avec les éléments de sculptures françaises les plus remarquables. À la fermeture du musée, en 1816, les lieux sont affectés à l'École des beaux-arts, mais de nombreux éléments des collections y sont encore, comme une série de copies de sculptures célèbres.
L'architecte François Debret (1777-1850) est chargé de la construction de nouveaux locaux. Il édifie d'abord le bâtiment des Loges, indispensable au fonctionnement des concours, et commence le Palais des Études. Son élève et beau-frère Félix Duban (1797-1872) lui succède en poursuivant l'édification du Palais des études et en réalisant le bâtiment des expositions (salle Melpomène et salle Foch) donnant sur le quai Malaquais. Il a aménagé les cours d'entrée du côté de la rue Bonaparte, la chapelle et le cloître (cour du Mûrier) de l'ancien couvent. Duban a réutilisé des éléments architecturaux et décoratifs, parfois disparates, restés en place après la dispersion des collections du Musée des monuments français, donnant à l'ensemble une unité incontestable. Parmi les plus remarquables de ces « réemplois », il faut noter la présence de nombreux éléments provenant des châteaux d'Anet et de Gaillon dont l'arc, placé entre cours d'entrée et d'honneur, faisait partie intégrante de la façade principale du Palais des études et ce, jusqu'à son démontage en 1977. L'œuvre de Félix Duban se retrouve, depuis, fortement dénaturée.
C'est en 1883 que l'École connaîtra sa dernière grande extension avec l'achat de l'hôtel de Chimay et ses annexes, datant des XVIIe et XVIIIe siècles, situés aux 15 et 17 quai Malaquais.
Après 1945, de nouveaux ateliers de trois étages, situés de part et d'autre de la salle dite « de la Melpomène », sont conçus par l'architecte Auguste Perret.
Après 1945, de nouveaux ateliers de trois étages, situés de part et d'autre de la salle dite « de la Melpomène », dont les halls du secrétariat, sont conçus par l'architecte Auguste Perret, étouffant les vieux bâtiments historiques, afin de tenter de satisfaire les effectifs grossissants très vite surtout à partir de 1968 (9 UP d'architecture en 1976). De nouveaux locaux furent construits sur place, puis des extirpations d'UP complètes des locaux historiques se firent dans des locaux de plus en plus éloignés et éparpillés, rue Jacques-Callot Paris 6e, rue de Flandre Paris 19e. Fin des années 1970 le bâtiment d'études de la Cour des Loges fut surélevé de deux étages. Des locaux préfabriqués, même, furent installés entre le Palais des Études et l'Hôtel de Chimay dans les années 1990. Le petit Atelier Historique de Georges Jeanclos, situé sur le flanc arrière droit du Palais des études fut détruit dans ces mêmes années 1990.
En 2007 cinq nouveaux ateliers ont ouvert leurs portes a St Ouen (93) : des ateliers de Forge, céramique, matériaux composites, mosaïque et taille.
Dans les années 1975 à 1985, le ministère de la Culture privilégiant le patrimoine fit effectuer de nombreuses restaurations des bâtiments "historique": Étant donné d'importants restes de l'ancien Musée des monuments français et du dit "Musée des Beaux-Arts" :