המבנה שוכן בין רחוב ויצמן ממזרח לכיכר מוזיאון תל אביב ממערב; ובין שדרות שאול המלך מדרום לרחוב ברקוביץ' מצפון. מעבר לרחוב ברקוביץ' ניצב מגדל המוזיאון והיכל המשפט מחובר אליו באמצעות גשר להולכי רגל. הבניין תוכנן על ידי האדריכליםזאב רכטר, משה זרחי ויעקב רכטר בשנים 1959–1960. בנייתו הסתיימה בשנת 1966. עד לאותו מועד שכן בית משפט השלום בתל אביב ברחוב יהודה הלוי 14. סגנונו של היכל המשפט ברוטליסטי והוא משלב משטחי בטון חשופים, גם במעטפת החיצונית וגם בחללו הפנימי של הבניין. בקירות הבטון החשופים בתוך הבניין משולבים תבליטים של דוגמאות גאומטריות ושל פסוקים הקשורים בדין ובמשפט.
היכל המשפט בנוי משני מבנים נפרדים הניצבים על קומת מסד משותפת שלה שני שערים הניצבים זה מול זה. שער שלישי נמצא בקומת המרתף ופונה אל צדו הצפוני של הבניין. מרכזה של קומת המסד נמצא בין שני המבנים הנפרדים ומשתרעת בו מבואה גבוהה ורחבת ידיים.
במבנה הצפוני שניצב על קומת המסד שש קומות והוא משמש את בית המשפט המחוזי. עד שנת 2008 לא פעל במחוז מרכז בית משפט מחוזי, ובית המשפט המחוזי בתל אביב שירת את שני המחוזות. בשנת 2008 הוקם בית המשפט המחוזי מרכז בפתח תקווה, שעבר לימים ללוד.
המבנה הדרומי רבוע ובו ארבע קומות. מבנה זה משמש את בית משפט השלום ובמרכזו חצר פנימית גדולה.
בית משפט השלום לנוער ובית משפט השלום לתעבורה שכנו ברחוב שוקן בדרום העיר והועברו לבת ים[1], בית המשפט לענייני משפחה נמצא ברמת גן ובשנים האחרונות הועבר חלק מהאגף האזרחי של בית המשפט לבית אסיה הסמוך.
המבנה החדש (החל מ-2014)
בשל מצוקת המקום בהיכל המשפט והפיכתו של הבניין המיושן במידה רבה לבלתי מתאים לייעודו החלה המדינה בשנת 2011 בבנייתו של מבנה חדש שממנו יפעלו בתי המשפט המחוזי והשלום בתל אביב ברחוב ברקוביץ'. היכל המשפט החדש נחנך בסוף 2014. יש בו 22 קומות מעל הקרקע ושש קומות תת-קרקעיות. בבניין יש 52 אולמות דיונים ו–78 לשכות שופטים. בקומות התחתונות פועל בית משפט השלום. ההוצאה לפועל, שבעבר פעלה גם היא בהיכל המשפט בתל אביב ברחוב ויצמן עברה בשנת 2017 לרחוב המסגר בתל אביב. היכל המשפט הקודם עובר שיפוץ מקיף וישמש את הנהלת בתי המשפט.
ההשקעה במבנה בית המשפט מסתכמת ב-575 מיליון ש"ח, שכוללים את עלות הבנייה והתחזוקה של הבניין לתקופה של 20 שנה. שיטת המימון של ההקמה היא PFI - פרויקט זכייני שבו המדינה היא שנושאת בהחזר ההשקעה - את המגדל בנתה חברת סולל בונה והמדינה תשכור אותו ל-20 שנה. בתום התקופה הנכס יועבר לידי המדינה. המדינה נתנה לחברה מענק הקמה 175 מיליון ש"ח, ובמשך 20 שנה תעביר לחברה תשלומים שנתיים של 20 מיליון ש"ח הכוללים את השלמת עלות הבנייה ותחזוקה שוטפת.
היכל המשפט בתל אביב מכיוון כיכר המוזיאון. מימין בית משפט השלום ומשמאל בית המשפט המחוזי. מגדל המוזיאון נראה בקצה השמאלי של התמונה
היכל המשפט בתל אביב. מבט מצפון, מכיוון מגדל המוזיאון, לעבר בית המשפט המחוזי. צילום לפני התחלת הבניה של המבנה החדש, שלאחר בניתו יסתיר את המחוזי. המגדל במרכז התמונה הוא מגדל היובל.
