La casa donde nació Sarmiento tiene la estructura típica de la vivienda colonial: las habitaciones están distribuidas de manera consecutiva en el perímetro del terreno, sobre el frente y las medianeras, a excepción de dos de ellas que se disponen transversalmente, dando forma a dos patios centrales. La fachada, sin ornamentación y de composición simétrica, estaba revocada y blanqueada a la cal. A la casa se accede atravesando un zaguán que desemboca en el primer patio, llamado de la Higuera. Originalmente, los pisos eran de tierra apisonada y los techos con postes de madera cilíndrica y cubierta de caña y torta de barro. Las paredes fueron hechas en adobe. Se destaca particularmente la habitación al frente, en el ángulo sur, que presenta una cobertura a dos aguas, construida según la tradición mudéjar de estructura de par y nudillo doble. Las aberturas son de madera y los ventanales están protegidos con rejas de hierro forjado. En 1862, se levantaron las habitaciones del sector norte para servir de sede del gobierno provincial de San Juan durante el mandato de Sarmiento. Fue entonces que la casa adquirió su tamaño y forma definitivos.
Actualmente, las salas del Museo se montan sobre esas estructuras domésticas previas. En la primera sala se exhibe el telar de doña Paula; la segunda sala es conocida como Sala natal y fue la primera habitación en ser construida. Esta habitación, además, contaba con un estrado o tarima sobre la que se disponían almohadones y que, según relataba Sarmiento en Recuerdos de provincia, solo estaba permitida a las mujeres, siguiendo las costumbres árabes que, conservadas entre los pueblos españoles, habían llegado a América. Esta tarima fue destruida mientras la familia Sarmiento Albarracín aún habitaba la casa, aunque volvió a armarse en 2003. En sus orígenes, los pisos de este espacio eran de tierra apisonada, pero fueron cubiertos con ladrillos de la antigua catedral que se derrumbó durante el terremoto de 1944. Se encuentran, además, la Sala dormitorio y la Sala cocina con una recreación del fogón. La Biblioteca se ubica en la sala donde la familia se reunía a leer y estudiar. Por último, el patio trasero, donde se realizaban las tareas productivas como la cría de gallinas y otros animales y la plantación de árboles frutales, es actualmente el Patio de Homenajes.
Con el terremoto de 1944, la casa sufrió daños y destrucciones. Afortunadamente, el sector sur, conformado por las habitaciones más antiguas, resistió y se mantuvo en pie. En cambio, el sector norte se desplomó y debió ser reconstruido. Para tal fin, la Comisión Nacional de Museos y de Monumentos designó al arquitecto Mario Buschiazzo a cargo del proyecto, quien se basó en los planos originales. En 1956, el Consejo de Reconstrucción de San Juan estableció un nuevo planteamiento urbano a partir del cual se efectuaron modificaciones en el edificio como la demolición y reconstrucción de dos de las habitaciones, la colocación de nuevas aberturas, el diseño del Patio de Homenajes con pisos de laja y muros de piedra y el cierre perimetral de la propiedad con rejas. También se repavimentó la calle frente al ingreso del Museo con piedra bola, material utilizado durante el período de gobernación de Sarmiento. Estos cambios fueron evaluados por el arquitecto Vicente Nadal Mora.
En los últimos años, se impulsó la puesta en valor y reparación de las carpinterías históricas con el propósito de recuperar el color original, y también la función de las aberturas de madera y de los herrajes de metal, entendidas como piezas patrimoniales de fabricación artesanal.
