El Centro Botín se ha concebido no sólo como un edificio de referencia sino como una operación urbanística capaz de abrir al Cantábrico una zona de la ciudad que tradicionalmente le había dado la espalda. Con este fin, la construcción del edificio implicó también el soterramiento del tráfico rodado que separaba los Jardines de Pereda del frente marítimo, de manera que  pudieran duplicar su superficie, extendiéndose hasta el mar y haciéndolo accesible a los ciudadanos. Situado entre el parque y el mar, el edificio se apoya, por un lado, en los terrenos de la vieja dársena, pero por el otro queda suspendido sobre el agua, sostenido en pilotes, como si fuera un palafito. Este modo de relacionarse con el borde marítimo, y el hecho de que el edificio quede en parte oculto por la vegetación de los Jardines de Pereda, evitan la obstrucción de las vistas sobre el mar y el bello paisaje de la bahía. La sensación de ligereza se refuerza con una serie de pasarelas de acero y vidrio que conectan entre sí los dos cuerpos redondeados que conforman el edificio, al tiempo que crean un nuevo espacio público levantado del suelo. Estos dos cuerpos o lóbulos están diseñados para mejorar la iluminación de la planta, permitiendo y a la vez enmarcando las vistas de la bahía desde los Jardines. La superficie de los dos lóbulos está revestida con 280.000 pequeñas escamas cerámicas, ligeramente redondeadas y de tono nacarado, que rielan con la luz del sol, reflejando la superficie del agua y la atmósfera de Santander.

De los dos lóbulos que conforman el edificio, el este alberga un auditorio que se levanta en voladizo sobre el mar, así como un centro educativo orientado al norte, ambos concebidos para adaptarse con flexibilidad a usos diversos. Por su parte, el cuerpo oeste cobija las salas de exposiciones —caracterizadas por un gran ventanal que se abre a las vistas sobre el entorno— y se completa con una cubierta de vidrio que está formada por cuatro capas que protegen de la radiación directa y permiten regular con flexibilidad la entrada de luz cenital. A los anteriores volúmenes se añade un anfiteatro excavado en el entorno del edificio. El programa se completa con un espacio acristalado que se sitúa en la planta baja, y que acoge un café, un restaurante, una zona comercial y un punto de información. El conjunto así formado crea la sensación de que el espacio interior y el exterior son casi indistinguibles, y hace posible que los visitantes y ciudadanos pueden disfrutar de un nuevo panorama del paisaje marítimo de la ciudad.

Funcionando como un híbrido de fachada y cubierta que dota de continuidad al conjunto, la envolvente adopta la forma de una superficie reglada en la que conviven balcones y paramentos de vidrio.
La ligereza de sus soluciones constructivas, su transparencia y su delicada implantación (los dos lóbulos cerámicos se separan para enmarcar el mar desde el parque), son los rasgos más importantes del edifico.