Le gymnase Liberté est édifié par l’architecte Léopold Bévière, accompagné de son fils Jean. Architecte de la Ville de Paris, Léopold Bévière a déjà conçu le théâtre du Garde-Chasse et l’école Waldeck-Rousseau des Lilas ainsi que la piscine des Tourelles (Paris 20e) à l’occasion des Jeux olympiques de 1924.

L’édifice, construit entre 1931 et 1932, s’inscrit dans le mouvement architectural qui se fait jour dans les années 1930, mêlant les codes de l’architecture industrielle à un vocabulaire architectural plus classique. En effet, le gymnase est un vaste édifice bloc, édifié en béton et recouvert de brique rouge, percé de vastes baies. Néanmoins, il est scandé d’imposants piliers sur sa façade et la brique est utilisée à des fins décoratives suggérant l’architecture antique. Il est couronné par une épaisse corniche en béton moulurée, et un registre supérieur où la brique disposée en caissons joue avec la lumière. Les baies de l’édifice, particulièrement vastes, apportent une luminosité importante à l’intérieur.

Le gymnase est accessible par la rue ainsi que par l’école Romain-Rolland qui le jouxte au sud : il a d’ailleurs été construit peu après l’école, achevée en 1931 et dans un style architectural similaire. Il présente un plan rectangulaire et accueille une vaste salle marquée par deux coursives de part et d’autre, ainsi qu’une tribune sur sa partie est. Il comporte également un sous-sol où se trouvent différents locaux techniques et des vestiaires, permettant de disposer d’un maximum d’espace pour la salle en elle-même.

Le gymnase Liberté a fait l’objet de travaux de réhabilitation entre 2021 et 2023 par l’agence WAO architecture afin de le mettre aux normes de sécurité ainsi que rénover ses installations et intérieurs conçus il y a près d’un siècle. À cette occasion, les garde-corps des coursives ont été rhabillés par des tasseaux de bois.