La volonté du projet en 1966 est d’intégrer à proximité de la ville, du château de Saint-Germain-en-Laye et de la forêt, un ensemble nautique comprenant un bassin olympique (50 x 20 m), un bassin d’apprentissage (20 x 10 m), un plongeoir de 10 m, une pataugeoire ainsi qu’un lieu d’accueil de qualité pour les usagers comprenant de nombreuses annexes : des gradins pour 1000 spectateurs, un bar et un snack-bar, et des parcours groupes et usagers distincts. De larges dégagements périphériques doivent s'ouvrir sur plus de deux hectares d'espaces libres autour de l'équipement, traités en solarium et jardin d'agrément. L'ensemble doit être conçu pour recevoir de grandes compétitions internationales de natation et de plongeon de haut vol.

Le bâtiment rectangulaire de plain-pied, rythmé de grandes baies vitrées, forme un ensemble léger et discret en réponse aux contraintes du lieu. Louis Blanchet choisit de construire les locaux techniques et les parcours usagers et groupe en sous-sol, et de n’avoir qu’une élévation pour le hall d’entrée, le haut des gradins et les plongeoirs. Le bâtiment est surmonté d’un dôme qui est l’élément remarquable de l’ensemble. Bien qu’inédite, la coupole de la piscine est inspirée des recherches contemporaines sur les grandes structures métalliques menées par les architectes Richard Bunckminster Fuller et Stéphane du Château. Sa structure en résille métallique soudée laissée apparente supporte des éléments composés de polyester et mousse de polyuréthane, sorte de coque monolithique étanche, ne recouvrant pas la totalité du dôme afin de permettre un éclairage zénithal important. Le dôme, situé au côté sud de l’ensemble, permet de laisser place à un plongeoir de 10 mètres, aujourd’hui fermé au public en raison du rehaussement du niveau du grand bassin en 2016.

L’entrée de la piscine se fait par un hall situé au nord, menant jusqu’à l’aplomb des bassins. Un escalier donne accès au niveau bas du rez-de-chaussée, où se trouvent le bassin d’apprentissage ou « Petit bain » (20 x10m pour 1,17m de profondeur) et le bassin olympique ou « Grand bain » (50 x20m, pour 4,80m de profondeur au maximum). Les gradins prévus pour 1000 spectateurs entourent les bassins au nord et au sud et donnent accès au niveau haut du rez-de-chaussée, de plain-pied avec le niveau du sol extérieur et fermé par un mur-rideau. L’infrastructure est en béton armé tandis que les bassins sont en béton traditionnel, et leur étanchéité est assurée par le procédé Vandex. L’ensemble a un revêtement en carrelage. Douze doubles piliers en anse de panier inversé (6 côté sud et 6 côté nord), servent de points d’appui pour les poutres métalliques en lame pleine de 43 mètres de portées, posées sur des appuis de néoprènes. Les poutres dont la hauteur moyenne est de 2,30m, permettent la création d’un étage technique pour la distribution de la chaleur et de la lumière. L'ossature supporte en effet un faux-plafond chauffant et des luminaires.

La piscine olympique comprend deux parcours, groupe et usagers, situés au sous-sol. Le parcours usager, dont l’entrée se fait au nord-ouest du bâtiment, comprend un vestiaire mixte, une salle de déchaussage et un deuxième vestiaire comprenant neuf rangées alternants casiers et vestiaires (mixtes et non mixtes), menant jusqu’à un escalier au côté sud-ouest de la piscine, permettant l’accès aux bassins. L’entrée du parcours groupe se fait par le hall d’entrée côté nord-est. Il est composé de vestiaires collectifs comprenant douze cabines de groupe, des douches et des sanitaires, et mène jusqu’à l’escalier permettant l’accès au bassin d’apprentissage. Les locaux techniques (local de traitement d’eau, gaz, central de traitement d’air, chaufferie) sont situés au premier sous-sol.

Au sud du bâtiment se trouvaient un bar et un snack-bar sur les niveaux bas et haut du rez-de-chaussée.

En 2016, des travaux de rénovations ont été engagés, dans la volonté d’améliorer l’accueil de l’usager, d’offrir davantage de service et de moderniser les équipements et installations. Les espaces formes (musculation, fitness et cardio au rez-de-chaussée, distribués sur deux plateaux) et bien-être (hammam et sauna au sous-sol) ont été ajoutés en remplacement du bar et du snack-bar. Les travaux avaient également pour objectif de rendre le bâtiment, construit pendant les Trente Glorieuses, moins énergivore. Le bassin olympique qui atteignait auparavant une profondeur de 4,80m a été rehaussé de 1,95m lors des travaux. Sa profondeur actuelle est donc de 3,95m. L’espace vide a été comblé par une chappe de béton. Le rehaussement du bassin a obligé à condamner le plongeoir de 10m abrité par la coupole pour des questions de sécurité.

 Composé de huit couloirs de nage, le grand bassin est doté depuis 2016 d’un mur mobile fonctionnant avec un système de ballast, permettant de subdiviser le bassin en 2 ou 3 espaces. Les travaux n’ont cependant pas modifié la structure générale du bâtiment et son organisation qui demeurent fidèles à la construction d’origine.