Implanté sur une parcelle en pente, l’immeuble sis au 12 rue du Mont-Valérien est situé en retrait de la rue. Il est entouré d’un jardin qui s’étend principalement à l’est, bordé par le chemin de fer de la ligne Paris Saint-Lazare – Versailles Rive droite. Au-dessus d’un étage de soubassement, de plain-pied avec le jardin, l’immeuble, s’élève sur un rez-de-chaussée et un étage carré, surmontés d’un étage attique, séparé par une corniche. L’édifice, construit en béton armé, porte sur les façades ouest, nord et sud un revêtement de carreaux de grès cérame jaune clair, à l’exception de l’étage attique et, sur la façade ouest, de la cage d’escalier, en saillie et passant sur la corniche, qui sont recouverts d’un enduit blanc. Côté est, la façade s’étend sur trois travées. La travée centrale est constituée d’un oriel de deux niveaux, montant sur le rez-de-chaussée et le premier étage. La façade est percée de vastes baies vitrées à menuiseries métalliques, dont les deux tiers supérieurs sont dormants et à grands carreaux et le tiers inférieur est ouvrant. Ces baies sont pourvues d’un balcon en béton et garnis de fer forgé. Ces grandes baies offrent une vue panoramique privilégiée sur le Bois de Boulogne et la capitale.  L’étage attique est pourvu d’un balcon ainsi que d’une fenêtre multiple ouverte dans l’angle sud-est.

L’immeuble est accessible depuis la rue par une passerelle en béton armé aboutissant à la porte d’entrée. Cette passerelle surplombe, sur la droite, une cour anglaise permettant de desservir les garages aménagés dans le sous-sol de l’immeuble.

Le rez-de-chaussée et le premier étage comportent trois appartements, dont la hauteur, variant entre 5,40 m et 5,80 m selon les étages, est recoupée par plancher intermédiaire sur la moitié de la surface des appartements. Ceux-ci forment une galerie dont le dessin change suivant les appartements. Chacun d’entre eux est composé d’une grande pièce de réception côté jardin, éclairées par les grandes fenêtres mentionnées plus haut, tandis que les pièces fonctionnelles sont situées côté rue, ainsi que les chambres accessibles depuis la galerie suspendue. Cette distribution explique l’hétérogénéité des baies de la façade sur rue, et l’irrégularité de leur position. Les appartements du rez-de-jardin sont moins vastes que les autres, car ils sont adossés, côté rue, à deux niveaux de sous-sol superposés, abritant les garages et les caves. Ils sont cependant également pourvus d’une galerie à mi-hauteur ainsi que d’une baie vitrée similaire à celles des étages, quoique de dimensions moindres. Trois chambres de domestiques débouchaient sur chaque palier, mais elles ont depuis été intégrées aux appartements. L’étage attique est occupé par un seul appartement, que Maurice Bonnemaison s’est réservé, et dont les pièces sont distribuées autour d’une grande galerie. Le salon, plus haut sous plafond que les autres pièces, comporte une mezzanine. Cet étage supérieur, plus exposé aux vents et aux intempéries, a été isolé au moyen d’un matelas de varech pris entre deux couches de papier.

La porte d’entrée de l’immeuble est celle d’origine : en fer forgée, elle porte des panneaux de verre lisse disposés en bâton rompu, contrastant avec des panneaux de verre martelé. La baie barlongue de la cage d’escalier ajourée en saillie avait à l’origine un décor similaire, mais le vitrage a été remplacé. Le jour de l’escalier est occupé par l’ascenseur d’origine, de type Otis-Pifre, enfermé dans une cage en grillage. Dans le vestibule d’entrée se trouve un portrait de Maurice Bonnemaison, tenant un « bleu » d’architecte dans les mains, et réalisé par le peintre Jules Migonney en 1926.