В первом этаже за вестибюлем располагался приемный зал с книгохранилищами в крыльях здания. Во второй этаж вела расположенная в пристройке парадная лестница, центральный марш которой подводил посетителя к овальному — главному читальному залу библиотеки. Этот зал был особенно интересен своей ионической колоннадой из десяти колонн, поставленных по овалу и поддерживающих хоры с книжными шкафами. Балюстрада колоннады венчалась бюстами ученых. Зал был перекрыт пологим овальным куполом с кольцевой росписью под кессоны в нижней части. В средней части купола предполагалась плафонная живопись, но этот замысел осуществлен не был. Соседние залы имели также двухъярусное построение. Они разделены на три пролета сдвоенными колоннами. Перспектива колоннады подчеркивала анфиладный прием планировки помещений, что еще усиливалось ритмичной постановкой в среднем пролете скульптур на пьедесталах перед каждой парой колони.
Генеральный план ансамбля площади Александрийского театра, Арх. К. И. Росси. 1828 г.
В здании библиотеки характерно полное соответствие планировки и объемного решения: овальному залу соответствует центральный ризалит фасада; большим залам внутри — стены с четырьмя большими окнами каждая и т. д. Четкие внутренние объемы приемного и читального залов, книгохранилищ, лестничной клетки выявлены на фасадах. Эта особенность характерна для архитектуры строгого классицизма.
Здание библиотеки заняло на Невском проспекте ответственное место. При подходе к нему вдоль Невского по линии Гостиного двора в глаза бросается сильно выступающий объем здания библиотеки, его закругленный угол с колоннадой, перспектива которой уводит взгляд дальше к ризалиту. При подходе же к зданию с Садовой улицы по линии того же Гостиного двора воспринимается не объем, а поверхность фасада, плавно переходящая из пространства одной улицы в пространство другое Нельзя не оценить большое мастерство архитектора Соколова, сумевшего создать столь четкую и красивую композицию с удобно организованной функцией библиотечного здания и великолепной увязкой с городской ситуацией. Он сумел дать принципиально новое и передовое для своего времени архитектурное решение здания, поставленного на одном из самых важных пунктов Невского проспекта. Оно просуществовало без переделок до конца 1820-х годов.
В это время здесь, на площади, архитектор К. И. Росси приступил к строительству театра, в связи с чем он спроектировал целый ансамбль, в который было включено и здание библиотеки. Росси работал над созданием ансамбля много лет — окончательный вариант генерального плана был утвержден 5 апреля 1828 года. К разработке проекта пристройки библиотеки Росси приступил в конце 1827 года. Об этом свидетельствует документальное указание: «… на новую пристройку к зданию императорской Публичной библиотеки делаются планы и фасады архитектором Росси. После того г. и. угодно было, чтобы проект внутреннего расположения в той пристройке сделан был по соображению… Оленина, который вследствие того и прислал… планы, составленные по распоряжению его архитектором Щедриным».
