Palazzo Ducezio si mostra come un edificio molto compatto, con pianta rettangolare allungata priva di cortile, caratterizzata da un forte cambio di quota tra i due fronti principali longitudinali.Probabilmente Vincenzo Sinatra basò il modello del palazzo su alcuni disegni della villa francese comprata a Montpellier dal barone Giacomo Nicolaci. Il piano terreno è descritto da un elegante portico con archi inquadrati da un ordine di colonne con capitello ionico che si estende su tre lati.In prossimità dei quattro angoli dell’edificio, il portico, modifica l’andamento lineare con un andamento concavo creando delle piccole rientranze.Nel 1950 l’edificio fu coronato da una sopraelevazione con balaustra in pietra. La parte centrale del palazzo, posta in asse con la cattedrale, è caratterizzata da una accentuata convessità corrispettiva all’aula interna di forma circolare.La pianta dell’edificio ha una serie di ambienti dal taglio planimetrico diverso, come l’aula circolare o la celebre “Sala degli Specchi” di forma ovoidale arredata con mobili di stile Luigi XV e grandi specchi, che dilatano illusoriamente lo spazio interno, scolpiti dall’artista avolese Sebastiano Dugo.
Sulla volta di questa sala campeggia l’affresco “Fondazione di Neas” realizzato dal pittore Antonio Mazza, l’opera neoclassica che raffigura la fondazione di Noto da parte del condottiero siculo Ducezio.