دارالفنون را باید اولین مدرسه مدرن ایران معرفی کرد، مدرسه‌ای که با پیشنهاد و پیگیری امیرکبیر، صدراعظم ناصرالدین شاه شکل گرفت اما خودش حتی افتتاحیه آن را هم ندید. نخستین گروه از معلمان اتریشی دارالفنون چند روز پس از عزل و تبعید امیرکبیر وارد تهران شدند و مراسم افتتاح این مدرسه در ۷ دی ماه ۱۲۳۰ با حضور شاه و صدراعظم جدیدش، میرزا آقا خان نوری برگزار شد. امیرکبیر ۱۹ دی ماه در حمام فین کشته شد.
محمدتقی خان معمارباشی مدرسه را در یک طبقه و در محدوده ارگ سلطنتی ساخت. در مدرسه دارالفنون آموزش درس‌های مختلفی انجام می‌شد و علاوه بر دروس تئوری، درس‌های عملی هم در این مدرسه آموزش داده می‌شد. سواره نظام، پیاده نظام، مهندس پزشکی و جراحی، کانی‌شناسی و داروسازی مهمترین رشته‌هایی بودند که در دارالفنون تدریس می‌شدند. در ابتدا برای اینکه معلمان حرفهای در ایران یافت نمی‌شد اکثر معلم‌های دارالفنون از خارج از کشور استخدام شدند.
مدرسه ۵۰ اتاق مربعی شکل داشت که در تمامی آن کنده‌کاری‌ها و گچبری‌های زیبایی انجام شده بود. هر اتاق یک ایوان داشت، روی برخی از دیوارهای اتاق و راهروهای آن گچبری‌های بسیار شکیل انجام شده بود و جایی هم برای نشستن آموزگار وجود داشت که بلندتر از بقیه کلاس بود. کف کلاس پوشیده از سنگ بود و در زمان قدیم دانش‌آموزان روی قالی‌هایی که بر سنگ پهن می‌شد می‌نشستند. در بخش میانی حیاط مدرسه یک حوض بزرگ است که اطرافش سنگ‌کاری شده.
هشتاد سال پس از فعالیت و در سال ۱۳۰۸ شمسی ساختمان مدرسه به دستور اعتمادالدوله وزیر وقت معارف تخریب شد و ساختمان فعلی با نقشه نیکلای مارکوف ساخته شد. در حال حاضر درِ ورودی بنا در شمال شرقی مدرسه و رو به خیابان ناصر خسرو باز می‌شود. این دروازه به شیوه معماری سنتی دارای طاق زنجیره‌ای بلندی است. در دوسوی درگاه دو ستون استوانه‌ای نقره‌ای رنگ طاق این دروازه را نگه داشته‌است. درست بالای در دولنگه‌ای چوبی و قهوه‌ای رنگ مدرسه واژه دارالفنون و سال تأسیس آن ۱۲۶۸ قمری را بر کاشی نوشته‌اند. این در که در یکی از چهار کنج مدرسه قرار دارد به فضایی هشتی مانند باز می‌شود که از سوی دیگر به فضای حیاط راه دارد. ساختمان دو طبقه مدرسه در زمینی مستطیل شکل بنا شده‌است. در رأس هر چهار ضلع چهار پلکان مارپیچی طبقه پایین مدرسه را به طبقه بالا متصل می‌کند. در حاشیه بیرونی پله‌ها، نرده‌ای آهنی نصب شده که مانع از سقوط افراد می‌شود. ساختمان کنونی سی و دو کلاس درس دارد: دوازده کلاس در دو طبقه ضلع شرقی و به همان اندازه در ضلع غربی و هشت کلاس در دو طبقه ضلع شمالی. سالن‌های نمایش و غذاخوری نیز در ضلع جنوبی ساخته شده‌اند
