此建筑是一座以机能为主要考虑之建筑，因而在式样造型上及空间上并没有任何特别设计者之表现处，完完全全以如何达成气象观测为目的，与当时之台北测候所及澎湖测候所在造型及空间组织上均颇为类似。

在空间上，此建筑可以说是由三个同心圆所组成，居中心的圆底部直径约四米六，开有二个圆拱门洞，屋身一直往上延伸成为造型上之圆塔，上置有各种测候器材，内部有一宽约六十公分之铸铁楼梯沿厚重之墙面盘旋而上，塔身也因应开了四个弧拱窗。第一道同心圆与第二道同心圆之间乃为走道，第二道同心圆与第三道同心圆之间则为处理事务之空间，由圆心伸出之承重墙分为几部份，中央东西向为通道，南北各四部份，承重墙间亦开有圆拱门用以互通。

就造型而言，中央圆塔最为显眼，百姓俗称为「胡椒管」，高约二层楼。其馀部份则为单层，并自中央伸出屋顶搭於外墙，上铺屋瓦呈十八等分之放射状，屋檐则以木质托架出檐承接屋面。

在墙面之构成上，基座为洗石子及石材，屋梁为洗石子，有承重墙之部份则为洗石子与面砖交叠使用，其他则以黄褐色面砖为主。开口部在东西向大门为圆拱形，其他窗户亦为拱形。

建筑特色 为了配合安置观测器材，所以台南气象站的建筑呈现相当奇特的圆筒塔造型，整体建筑结构是以3层同心圆，环环相套而成：最内一圈往上延伸成为圆筒塔，上面摆有各种仪器；内圈与中圈间为走道；中圈与外圈间原来则是办公处所。

除中央圆塔外，其馀部分上铺屋瓦，呈现18等分的放射状。墙面基座的材质为洗石子，其他则以黄褐色面砖为主。