El proyecto original de Gaudí tiene fecha de marzo de 1883 y se distribuía en una superficie alargada de unos 12 x 18 metros con semisótano, planta baja, piso y desván. La planta baja, se distribuía alrededor del comedor con una galería cubierta, un fumador y dos dependencias más. Quedaba un poco elevada respecto al nivel del terreno para permitir una mayor ventilación e iluminación del semisótano, zona destinada a almacenes y cuarto trastero. Al piso superior, en el que se encontraban los dormitorios de la familia, se accedía a través de una escalera compensada en forma de U. La escalera continuaba hasta el desván, donde estaban ubicadas las dependencias del servicio.

La casa Vicens se construyó a partir de dos crujías paralelas a la pared medianera con el convento, sobre las que se apoyan viguetas de madera y bovedillas a la catalana, excepto en el sótano que tiene bóvedas tabicadas. La cubierta es inclinada a dos aguas con cuatro faldones y a su alrededor hay un pequeño camino de ronda que permite realizar fácilmente el mantenimiento. Como en todas las obras de Gaudí, los conductos de ventilación y chimeneas están profusamente adornados con el mismo material cerámico que la fachada y llaman la atención de cualquier transeúnte. Los muros de fachada son de mampostería vista adornada con franjas horizontales de cerámica que representa la flor de clavel de las Indias (clavell de moro, en catalán) que Gaudí vio en el terreno antes de realizar el proyecto. A partir de la segunda planta estas hileras pasan a ser verticales y su revestimiento, azulejos verdes y blancos alternados. Las ventanas se resguardan del sol y de curiosos con unos bonitos postigos de ritmos geométricos cuadrados.

La decoración interior de la vivienda destaca por la gran cantidad de relieves en yeso y pinturas de aves y plantas de la naturaleza, realizadas con gran detalle. También resalta la pequeña salita fumador decorada en estilo árabe con una bóveda tabicada decorada con una especie de estalactitas en aplacado de losetas de cartón-piedra.