Struktur Pantheon terdiri dari beberapa bangunan utama yakni, Portico (serambi depan), Rotunda (bangunan bulat) serta kubah dan dilengkapi tempat pemandian dan taman air.[5] Banyak bangunan lain yang mengikuti rancangan Pantheon antara lain University of Virginia, Low Memorial Library - Columbia University, Grand Auditorium - Universitas Tsinghua, Jefferson Memorial - Washington D.C, State Library of Victoria di Melbourne, Australia dan sebagainya.[4][5]

Portico

Portico adalah serambi depan yang masih asli dirancang oleh Agrippa sebelum musibah kebakaran.[5] Pintu perunggu Pantheon masih asli walau mengalami beberapa kali restorasi.[3] Di depan portico terdapat 16 buah tiang berwarna merah yang terbuat dari granit yang menyokong atap.[4] Tiang-tiang bergaya Corynthian ini masing-masing tingginya 11,8 meter, diameter 1,5 meter dan berat 60 ton dan berasal dari Alexandria, Mesir.[4][6] Hadrian membangun kembali Pantheon berdasarkan catatan Agrippa pada tahun 125 dan ia menuliskan jasa Agrippa di portico dengan tulisan M•AGRIPPA•L•F•COS•TERTIUM•FECIT yang artinya Didirikan oleh Marcus Agrippa, Putra Lucius pada masa Jenderalnya yang Ketiga.[4][5]

Rotunda

jmpl|Keratan rentas Pantheon dengan sebiji sfera dengan diameter 43.3 m muat di bawah kubahnya.Rotunda adalah bangunan interior berbentuk bulat yang memiliki diameter 145 kaki dan dibuat dari pualam.[4] Di ruangan ini terdapat 7 buah ceruk yang masing-masing berbentuk bulat dan setengah bulat.[3] Rotunda dilengkapi oleh kubah besar setinggi 140 kaki yang disebut juga kubah langit.[4] Kubah ini terbuat dari sambungan potongan batu, dengan jarak basis kubah dengan lantai adalah 71 kaki.[4] Kubah ini dibuat dari bahan ringan untuk mengurangi beban, yakni dari semen pumice dan pozzolanik yang terbuat dari debu vulkanik.[4] Sampai tahun 1436, kubah Pantheon masih merupakan kubah yang terbesar di barat setelah Katedral Florence dibangun oleh Brunelleschi.[6] Diperkirakan berat total kubah ini adalah 4.535 metrik ton dengan ketebalan di basis mencapai 21 kaki dan dekat lobang ventilasi (oculus) menipis menjadi 1,2 meter.[4]

Sebuah lubang ventilasi yang terbuka di puncak kubah dinamakan oculus.[4] Oculus disebut juga Mata Besar karena terbuka ke langit.[4] Oculus memiliki diameter sepanjang 7.8 meter dan berfungsi sebagai ventilator dan sumber cahaya.[4] Jika hujan atau salju masuk dari sini, maka akan dialirkan ke saluran pembuangan.[4] Lobang ini disimbolkan sebagai perlindungan para dewa selalu menyertai Empayar Romawi.[4]