Павильон станции выполнен по проекту архитекторов А. С. Гецкина, В. П. Шуваловой, В. Г. Хильченко и расположен на Политехнической улице рядом с Покровской церковью и площадью Академика Иоффе[1]. Вестибюль оформлен жёлтым металлом и белым мрамором. Над наклонным ходом в вестибюле имеется небольшая площадка, уставленная декоративными растениями.
В процессе эксплуатации была произведена перестройка вестибюля. Первоначальный проект предусматривал прозрачный куб станции[4]. При постройке касс нижний ярус стекол был заложен декоративным камнем[5], что изменило впечатление от посещения станции.
Путевые стены облицованы травертином, пол — серым гранитом, металлические детали отделки имеют оттенок старой меди, двери на путевых стенах выполнены в том же стиле. Освещение выполнено в виде оригинальных светильников, установленных на карнизе над путевыми зонами
В 2003 году на станции было заменено освещение с ртутных ламп белого цвета на натриевые оранжевого цвета. Замена освещения сделала станцию ярче. В 2005 году был проведён ремонт торцевых стен станции, каменная отделка была обшита композитными панелями.
Наклонный ход (выход со станции), содержащий три эскалатора, расположен в южном торце станции; в 2016 году светильники наклонного хода были заменены со «световых столбиков» на «факелы». Коридор между эскалаторным залом и платформой освещается «офисными» трёхламповыми светильниками[6].
Периодически появляются варианты реконструкции[7], но павильон метро рядом с церковью пока ещё не перестроен. Начальник Петербургского метрополитена подтверждает, что станция ждёт своей очереди на реконструкцию[8]. Период реконструкции пока неизвестен.
Планируется реконструкция вестибюля со строительством многофункционального коммерческого комплекса высотой до 18 метров «с сохранением визуальной взаимосвязи наиболее ценных объектов архитектурного комплекса — памятника истории и культуры федерального значения „Санкт-Петербургского политехнического института императора Петра Великого“ и церковь Покрова Богородицы».
19 мая 2020 года ООО «Триумф плюс» предложило проектАрхивная копия от 27 сентября 2020 на Wayback Machine[9], предполагающий снос существующего вестибюля и строительство пятиэтажного здания торгового центра с подземной парковкой, которое с трёх сторон будет окружать вестибюль. Аналогичным образом в своё время был построен бизнес-центр над станцией метро «Достоевская». Однако, петербуржцы выступили резко против подобного проекта. От имени студентов Политехнического университета даже была создана петиция на сайте Change.org с призывом «к губернатору и Заксобрание вмешаться в ситуацию и остановить снос»[10][11][12][13].
Севернее станции находятся два ответвления без рельс, которые через 20-30 метров заканчиваются тупиками и используются в качестве кладовых служб метрополитена. Эти тоннели ответвляются вбок от главных путей.
Эти ответвления являются заделом под строительство ответвления в посёлок Бугры с промежуточными станциями «Сосновка» на пересечении Светлановского и Северного проспектов и «Проспект Культуры» на пересечении проспектов Культуры и Просвещения (изначальная трассировка: «Политехническая» — «Светлановский проспект» — «Проспект Луначарского» — «Проспект Культуры»[14]).
Рядом с вестибюлем находится также комплекс зданий Военной академии связи, причём дальний край станции находится под зданиями академии и сама линия проходит под жилыми зданиями академии. На территории академии находится вентиляционная шахта.