Půdorysně vodojem připomíná motýla (nebo mašli). Má dvě stejná rozšiřující se lichoběžníková křídla, která vybíhají z mírně vyššího kruhového středu. Obě lichoběžníková křídla jsou kryta nízkou sedlovou střechou, centrální rondelová část má střechu tvaru nízkého kužele. Objekt vodojemu je zděnou stavbou o jednom nadzemním a dvou podzemních podlažích. Architektonicky zdařilé je zpracování vodojemu po výtvarné stránce: stěny strukturuje keramický obklad, prosklená okna centrální části jsou po vzoru funkcionalismu velkého formátu a zároveň industriálně členěná na obdélné tabule a elegantně řešené vstupní uliční průčelí člení velkorysá vitráž – pololežící ženské figury znázorňující alegorii vodstva (zde řeku Dyji) a městský znak (moravská šachovaná orlice s písmenem Z na hrudi). Vitráž zaujme svým provedením – není zhotovena standardním způsobem z dílů různobarevného skla, ale její kompozici vytváří různě strukturované ornamentní sklo. Autorem návrhu vitráže z roku 1950 je pražský architekt, známý grafik a ilustrátor Vojtěch Kubašta, dílo pak provedl J. Jaroš. V hlavním uličním průčelí jižního křídla s vitráží je umístěn osový předstupující, hladký betonový portálek se vstupem, v němž jsou zavěšeny železné dvoukřídlé dveře. Zadní, severní křídlo člení v horní třetině průběžný otvor krytý mřížemi s geometrizujícími tvary a písmeny Z (Znojmo). Průčelí zakončuje hladká omítaná korunní římsa. Interiér přízemí je plochostropý bez technického zařízení s centrálním kovovým schodištěm vedoucím do otevřené haly i dolů do 1 podzemního podlaží. Druhé podzemní podlaží tvoří armaturní šachta s potrubím a ovládacími armaturami. Pod terénem jsou na každé straně umístěny kruhové nádrže na vodu, každá o objemu 700 kubíků.