Chu Văn An có cơ sở vật chất pha trộn giữa phong cách kiến trúc của các nhà học kiểu Pháp đã gần 100 năm tuổi với các công trình mới được xây dựng trong thời gian gần đây nằm trong dự án xây dựng trường điểm quốc gia của chính phủ. Hệ thống nhà học gồm 3 dãy nhà 3 tầng là nhà A, B và E, 2 dãy nhà 1 tầng là nhà C và D đã được xây dựng từ thời Pháp và liên tục được cải tạo trên cơ sở giữ nguyên những nét kiến trúc cổ và tạo điều kiện học tập tốt nhất cho học sinh. Phục vụ cho công tác thực hành thực nghiệm, trường có một nhà học thực nghiệm (nhà T) gồm phòng đa phương tiện (multimedia), phòng đựng giáo cụ trực quan và đồ thí nghiệm, phòng thí nghiệm, một nhà Hội đồng sư phạm (nhà S) gồm phòng Hội đồng các phòng học tiếng và tin học. Về mảng tự học và ngoại khóa của học sinh, trường có một thư viện , phòng truyền thống, một hội trường hiện đại với 200 chỗ ngồi tên là Hội trường Thăng Long, khu nhà thi đấu và các khu luyện tập thể chất ngoài trời, một sân bóng đá, một sân bóng rổ, và vườn trường. Ngoài ra trường còn có ký túc xá dành cho các học sinh ở xa và 3 căng tin: hai căng tin mới ở nhà K (ký túc xá) và căng tin cũ cạnh nhà I (nhà tập). Sân vận động của trường từ 3 sân đất đã được tu sửa trở thành 3 sân cỏ nhân tạo và 2 sân quần vợt. Sân cỏ sau nhà A cũng được xây thành sân bê tông dành cho môn bóng rổ.

Toà nhà cổ kính và đẹp nhất của trường là khu thư viện hay được gọi với cái tên Nhà Bát Giác, được xây dựng từ năm 1898. Ban đầu tòa nhà có tên Biệt thự Schneider (La villa Schneider) lấy theo tên người chủ căn biệt thự, một ông chủ xưởng giấy người Pháp tên là Henri Schneider. Sau đó tòa nhà được dùng làm nơi ở của Hiệu trưởng người Pháp của trường Trung học Bảo hộ. Năm 1999, với sự giúp đỡ tài chính của vùng Île-de-France (Pháp), tòa nhà đã được tu sửa và hiện được dùng làm thư viện của trường.[24] Ngày nay phòng đọc đã được di chuyển xuống tầng hầm, các tầng còn lại được sử dụng làm phòng hiệu trưởng, phòng học đàn và phòng vi tính. Phòng truyền thống của trường vốn ở nhà Bát Giác đã được chuyển tới tòa nhà nằm sau khu Hội trường Thăng Long. Đây nguyên là nơi ở của ông hiệu phó trường trung học bảo hộ mới được xây dựng lại năm 2006.

Ngày 19 tháng 1 năm 2007, trường đã khánh thành bức tượng Danh sư Chu Văn An, một trong các công trình chuẩn bị cho lễ kỉ niệm 100 năm trường Bưởi - Chu Văn An.

• Khu ký túc xá mới
• Nhà Bát Giác
• Tượng đài Chu Văn An
• Sân vận động (ngày xưa)
• Vườn hoa chính (ngày xưa)