大稻埕教會建築以仿歌德式(Gothic architecture)建築為主調，據悉為「臺茶之父」李春生以福建廈門一帶，西方傳教士所建教堂為參考，立面特色為上面有西方歌德式對稱式窗戶、小尖塔和山牆，再加上希臘柯林斯式(Corinthian order，古希臘古典建築的一種形式)之挺立、高大、古典柱頭的雙柱，將教堂立面做完美的三分切割，表達基督教父、子、聖靈三位一體的教義。
大稻埕教會舊禮拜堂建築樣式雖仿西方教堂圖樣建造，但立面洗石子裝飾的山牆，融合經典中西風格，並有許多臺灣傳統圖案。山牆上方有流暢的曲線形山頭，山牆兩端，各有一座小尖塔，下方是一對仿柯林斯式柱頭的柱子，在山牆中央有一扇周圍有泥塑裝飾的牛眼窗(西式建築物上，兼具裝飾與採光的圓形窗子，形狀如牛的眼睛，故名牛眼窗)，下方有哥德式的尖拱和傳統浮雕，是日治大正時期(公元1912年-1926年)大稻埕一帶建築常見的設計。
臺灣建築形式一般都是開單門(城門、民宅)、3門(牌樓、寺廟)或5門(寺廟前殿、牌坊)…等單數門，很少見到雙數門，大稻埕教會禮拜堂左、右各開一個門的建築形式，在當時的建築實屬少見，主要為區隔男女分別由左、右入口進出，為保守的民風，設計新的教堂建築觀念。
民國96年(公元2007年)禮拜堂立面已損毀，為保留原樣貌，並空出新建地興建新教會大樓，於是舊禮拜堂整個地基挖起後，連同兩側磚牆向前推動6公尺，立面再使用原來的磚頭，以原貌原圖重新砌成。新大樓則設計成凹字型，讓舊禮拜堂崁入新教會大樓中，此一特殊外觀，在臺灣史無前例。
大稻埕教會是臺灣少數禮拜堂內，擁有大型管風琴的教會，這組由瑞士Mathis公司承製的40支音栓，有2,377支音管管件，機械式觸鍵裝置，建造於民國102年(公元2013年)，目前為全臺灣第四大管風琴組，於教友們唱聖歌時，散發莊嚴肅穆的旋律。