L'étage noble étant placé dans le socle en bossage, les invités y descendent depuis l'entrée principale située sur la rue par un escalier monumental bénéficiant d'un puits de lumière au décor peint et muni de niches pourvues de cinq statues de divinités antiques parmi lesquelles Mercure, Asclépios et Bacchus.
Il conduit aux trois salons d'apparat dont deux en enfilade qui possèdent des décors peints en trompe-l'œil réalisés par les peintres et stuctateurs toscans Spampani et Soldaini alors que les plafonds des étages sont peints par Trifoglio et Trolli. Chaque salon a conservé ses parquets d'époque composés à partir d'essences de bois multiples. Le premier d'entre eux a été aménagé à l'emplacement original d'un petit théâtre. Le petit salon bleu présente pour sa part une colonnade encadrant une petite coupole.
Figurant parmi les plus somptueuses constructions privées de Genève, le palais est caractérisé par une architecture « savante, internationale et monumentale », en marge des réalisations de son époque. L'originalité du palais Eynard tient aux contraintes du site : un ancien terrain vague et marécageux hors des murs d'enceinte de la ville, l'édifice s'adossant à un rempart du XVIe siècle. Le palais enjambe la muraille fortifiée utilisée pour former deux ailes latérales surmontées de terrasses, l'une contenant à l'époque les écuries, l'autre ouverte en loggia qui abrite désormais un buste de Jean-Gabriel Eynard en hommage à son engagement philhellène durant la guerre d'indépendance grecque.
La façade monumentale ouverte sur le parc, avec ses huit colonnes ioniques, est de style néo-palladien très en vogue en Angleterre à l'époque de sa construction. Trois portes-fenêtres s'ouvrent sur une terrasse menant aux jardins par une double rampe d'escalier ornée de lions en marbre gris de Saint-Triphon. L'étage à colonnade et l'espace d'habitation en attique se terminent en un toit à balustrade. Au contraire de la grande façade, celle ouverte sur la rue de la Croix-Rouge est bâtie dans un style français proche de Claude Nicolas Ledoux, ressemblant ainsi à un petit pavillon. La demeure était dotée du premier type de chauffage central sous la forme d'un calorifère.