Un grand cadre architectural encadre un rassemblement de dizaines de figures, chacune engagée dans des discussions animées, écrivant, lisant ou en profonde réflexion. Au centre, deux hommes en robes fluides avancent côte à côte, l'un gesticulant vers le haut et l'autre étendant sa main horizontalement, entourés par un demi-cercle d'auditeurs attentifs. La scène se déroule sous une vaste voûte à caissons, avec des arcs s'éloignant dans la distance et une tache de ciel bleu visible à travers l'ouverture la plus éloignée, créant une puissante sensation de profondeur.

À gauche, un groupe de figures se regroupe autour d'un homme écrivant dans un livre, tandis que d'autres consultent des tablettes, des rouleaux ou des instruments, leurs postures et gestes variés et expressifs. À droite, une collection d'hommes en vêtements colorés se penche sur des diagrammes géométriques sur une ardoise, tandis que d'autres se tiennent en conversation ou en contemplation. Les marches inférieures sont encombrées de figures assises et allongées, certaines absorbées dans leur travail, d'autres perdues dans leurs pensées ou leurs débats, leurs visages rendus avec une attention soignée à l'individualité.

Des statues en marbre dans des niches flanquent la composition, leurs formes pâles contrastant avec les robes vibrantes des philosophes vivants en dessous. La lumière tombe uniformément sur la scène, illuminant l'architecture et projetant des ombres douces qui modèlent les figures et soulignent la clarté de leurs formes. Raphaël utilise une palette harmonieuse de bleus, rouges, ocres et verts, avec des contours nets et des transitions douces, caractéristiques de la peinture de la Haute Renaissance.

De petits détails abondent, des motifs complexes sur le sol aux interactions subtiles entre les figures, chacune contribuant à la sensation d'énergie intellectuelle et d'échange.