Внутри треугольник разбит на три двора; трёхэтажный на высоком цокольном этаже объём отличается цельностью. Въезд в центральный двор устроен через арку по оси главного длинного фасада. На этой же оси во внутреннем дворе расположена центральная ротонда с круглым залом внутри. В уровне второго и третьего этажей ротонду огибает мощная римско-дорическая колоннада. Над колоннадой возвышается аттиковый ярус светового барабана купола. Большой купол изначально венчала скульптура великомученика Георгия Победоносца на коне, увезённая французами в 1812 г. (в 1990 гг. воссоздана над малым овальным куполом, расположенным над въездной аркой – один из вариантов проекта М.Ф. Казакова). Ротонда Сената с круглым залом, названным современниками русским пантеоном, стала и архитектурно-декоративным достижением М.Ф. Казакова. По первоначальному скромному проекту планировалось возвести внешний деревянный купол, а под ним гораздо меньших размеров каменный на восьми ионических колоннах, вынесенных в центр зала наподобие беседки; вокруг колоннады должны были располагаться трибуны амфитеатра. Но М.Ф. Казаков предложил более смелый вариант: построить кирпичный купол на всю ширину ротонды. По легенде, архитектор первым взобрался на вершину купола, чтобы доказать его прочность. Внутри ротонда была окружена стройной колоннадой из каннелированных коринфских колонн и пышно декорирована лепниной в стиле раннего классицизма. Здание Сената стало не только вершиной творчества М.Ф. Казакова, но и символом российской государственности. Монументальное общественное здание, аналогичное европейским постройкам своего времени, таким как здания министерств на пл. Людовика XV (ныне пл. Согласия) в Париже (1753–1775 гг., архитектор Жак-Анж Габриэль); Сомерсет-Хаус в Лондоне (1776–1786 гг., архитектор Уильям Чамберс); Реджистер-Хаус в Эдинбурге (1774–1792 гг., архитектор Роберт Адам); Капитолий в Вашингтоне (1792–1827 гг., архитекторы Уильям Торнтон, Бенджамин-Генри Латроб, Чарльз Булфинч) и др., сочетает архитектурный прагматизм с оригинальной художественной идеей и истинным величием. Среди названных построек здание Сената – самое необычное по композиции и самое закрытое. Параллельно с работой в Кремле в 1776–1780 гг. М.Ф. Казаков в подмосковной усадьбе Никиты Акинфиевича Демидова Петровское (Княжищево) строил дом, а в 1778–1784 гг. – церковь во имя святителя Петра, Московского митрополита. Проект ансамбля ошибочно приписывался И.Е. Старову лишь на основании того, что дом в усадьбе Петровское напоминал дом Александра Григорьевича Демидова в селе Тайцы под Санкт-Петербургом (построен И.Е. Старовым в 1774–1780 гг.). Общим прототипом для усадебных домов в Тайцах и Петровском были увражи Ж.-Ф. Неффоржа. В усадьбе Петровское М.Ф. Казаков полностью воплотил свою идею центричности архитектурного ансамбля и отдельных построек и создал превосходное по гармонии и единству усадебное пространство.