Emile Brunet (1872-1952), architecte en chef des Monuments historiques, a construit le lycée en seulement quatre ans grâce à la technique du béton armé.
Le lycée adopte, comme le lycée Lakanal, un plan en peigne qui s’adapte à la pente du terrain. Au nord, sur sa partie la plus élevée, le long des rues Constant-Pilate et Émile-Morel, s’étend un corps de bâtiment de 137 mètres constituant la façade. Aux deux extrémités se raccordent deux ailes perpendiculaires, de longueur à peu près égale (100 mètres à l’est et 96 à l’ouest). Deux ailes médianes moins longues délimitent trois cours hautes. Les grandes ailes abritent les salles de classe, les petites accueillent au rez-de-chaussée l’administration, à l’étage les appartements de la direction.
L’oeuvre d’Émile Brunet, formé à l’École nationale des arts décoratifs, s’inscrit également dans le style Art déco qui se développe en réaction contre l’Art nouveau caractérisé par des lignes courbes et puisant son inspiration dans la nature. L’Art déco privilégie au contraire des lignes simples et la géométrisation des formes.
La beauté du monument provient de sa grande homogénéité stylistique. Il a été conçu comme une oeuvre d’art totale où les différents artistes s’harmonisent. Les tesselles des mosaïques et les carreaux des céramiques de Labouret emploient les mêmes couleurs que les parements en briques choisis par Brunet : ocres et rouges à l’extérieur, blanches à l’intérieur. La terre cuite est visuellement omniprésente et donne son unité à l’ensemble. Les vitraux géométriques entrent en résonance avec les damiers de briques aux murs.