此建築是一座以機能為主要考慮之建築，因而在式樣造型上及空間上並沒有任何特別設計者之表現處，完完全全以如何達成氣象觀測為目的，與當時之台北測候所及澎湖測候所在造型及空間組織上均頗為類似。

在空間上，此建築可以說是由三個同心圓所組成，居中心的圓底部直徑約四米六，開有二個圓拱門洞，屋身一直往上延伸成為造型上之圓塔，上置有各種測候器材，內部有一寬約六十公分之鑄鐵樓梯沿厚重之牆面盤旋而上，塔身也因應開了四個弧拱窗。第一道同心圓與第二道同心圓之間乃為走道，第二道同心圓與第三道同心圓之間則為處理事務之空間，由圓心伸出之承重牆分為幾部份，中央東西向為通道，南北各四部份，承重牆間亦開有圓拱門用以互通。

就造型而言，中央圓塔最為顯眼，百姓俗稱為「胡椒管」，高約二層樓。其餘部份則為單層，並自中央伸出屋頂搭於外牆，上鋪屋瓦呈十八等分之放射狀，屋簷則以木質托架出簷承接屋面。

在牆面之構成上，基座為洗石子及石材，屋樑為洗石子，有承重牆之部份則為洗石子與面磚交疊使用，其他則以黃褐色面磚為主。開口部在東西向大門為圓拱形，其他窗戶亦為拱形。

建築特色 為了配合安置觀測器材，所以台南氣象站的建築呈現相當奇特的圓筒塔造型，整體建築結構是以3層同心圓，環環相套而成：最內一圈往上延伸成為圓筒塔，上面擺有各種儀器；內圈與中圈間為走道；中圈與外圈間原來則是辦公處所。

除中央圓塔外，其餘部分上鋪屋瓦，呈現18等分的放射狀。牆面基座的材質為洗石子，其他則以黃褐色面磚為主。