Здание Грановитой палаты с четким силуэтом простого прямоугольного объема выделялось среди других, более поздних построек необычным убранством главного (восточного) фасада. Он облицован камнями белого известняка, отесанными на четыре грани и образующими пирамиду. Ряды ограненных камней (они-то и дали название палате) начинаются от высоты подклетного этажа и заканчиваются ниже карниза, оставляя свободную полосу гладкого белого камня. Углы фасада прикрыты тоненькими витыми колонками, капители которых возвышаются над верхним рядом рустов, а опираются на кубической формы камни. Карниз несколько нависает над стеной и зрительно как бы поддерживает высокую четырехскатную крутую позолоченную крышу.
Окна были меньше, чем сейчас. В прямоугольный наличник были вписаны две полуциркульные арочки, опирающиеся на импост. Это типично итальянские окна; редко расставленные на фасадах, они оставляли большое свободное пространство стены, придавая зданию еще большую монументальность.
В 1682 г. окна Грановитой палаты были растесаны, исчезли полуциркульные завершения, и архитектор Осип Старцев придает обрамлению новый облик – в виде прямого сандрика, опирающегося на свободно стоящие на кронштейнах колонки. Все покрыто богатейшей резьбой: ствол колонок, филенки под окнами с изображением львов, держащих картуши с коронами, капители и кронштейны.
Окна XVII века дошли до наших дней и прекрасно сочетаются со старыми фасадами XV века.
На левом боковом фасаде находилась наружная открытая белокаменная лестница – великолепное Красное крыльцо. Ее прямой марш из тридцати двух ступеней, огражденных каменными резными перилами, прерывался двумя площадками – рундуками, по древнерусской терминологии. Рундуки украшали позолоченные фигуры геральдических львов, а ступени были покрыты железными плитами.
Красное крыльцо, предназначенное для торжественных выходов царя и приема иностранных послов, вело на второй этаж в парадные покой Грановитой палаты – Святые сени и Большую Золотую палату.
Святые сени – продолговатое невысокое помещение под сводами с четырьмя глубокими распалубками. Над сводами помещался полуэтаж – тайник, откуда через окно женская половина великокняжеской семьи могла наблюдать за церемониалом приема послов и другими событиями придворного быта, к которым, по обычаям тех времен, женщины ле допускались.
Исключительную роскошь интерьерам Грановитой палаты придают богатейшая резьба, позолота и настенная живопись. Пьетро Литоппо Солари сосредоточил каменное позолоченное «кружево» на порталах дверных и оконных проемов Святых сеней и Большой Золотой палаты. Огромный дверной портал представляет очень сложную композицию. Непосредственное обрамление дверного проема состоит из двух лопаток, перекрытых антаблементом, затем следуют две выступающие пилястры со сложными базами и богатыми капителями. Пилястры в свою очередь несут сильно раскрепованный антаблемент, на который опирается фронтон килевидной формы, причем нижние концы его обрамления загнуты наружу в виде волют. В тимпан фронтона вкомпонован скульптурный рельеф двуглавого орла – одно из ранних изображений герба Древней Руси, полученного в наследие великим князем от Византии вместе с шапкой Мономаха. Над орлом – львиная маска, а по бокам – геральдические грифоны. Все остальные части портала покрыты мелким, великолепно скомпонованным и мастерски выполненным орнаментом, в рисунок которого вплетены типичные русские двуглавые орлы. Все порталы Грановитой палаты выполнены в том же характере и разнятся только деталями.