En la planta de Jacopo de’ Barbari (1500) hay documentación del edificio que en aquella época se presentaba con una base casi cuadrada con un patio en el centro. Más tarde, el edificio se amplió progresivamente (los descendientes de Nicolò compraron propiedades adyacentes) y lo reestructuraron. El aspecto que conserva hoy en día probablemente se remonta a principios del siglo XVII, pero no tenemos noticias sobre cuánto tiempo se tardó en construir y quién fue el arquitecto.
Las dos fachadas exteriores, en la calle (salizàda) y en el canal San Stae, se caracterizan por las amplias “serlianas”, ventanas recurrentes en la arquitectura veneciana de los siglos XVII/XVIII. Se trata de tríforas con la apertura central en forma de arco y las dos laterales más bajas a cornisamento, que permiten, entre otras cosas, la alternancia de pisos nobles y entresuelos.
La primera presenta en la parte central tres serlianas superpuestas conectadas por ménsulas sansovinianas (este motivo también se repite en las ventanas laterales); el ala izquierda se prolonga, haciendo que sea un conjunto asimétrico y además presenta una parte más baja respecto al cuerpo principal; el zócalo es almohadillado. La segunda fachada tiene portones con arquitrabes y las serlianas solo en los dos pisos nobles; las ventanas laterales están subdivididas para crear un doble orden de habitaciones y la estructura principal está flanqueada por un ala mucho más baja y en el piso noble hay una serliana. La perspectiva sobre la salizàda refleja un gusto más tardío al del canal, al presentar líneas del siglo XVII. La fachada que da a la calle, desde la que hoy se accede al palacio, evidencia una prolongación hacia el lado izquierdo, fruto de las compras de edificios adyacentes.
La estructura interna es la típica de las casas patricias venecianas, con el gran salón central (pòrtego) de paso y destinado a las funciones de representación, a cuyos lados se asoman las otras habitaciones. Aquí vivió la familia Mocenigo hasta tiempos recientes, el palacio conserva en el primer piso noble frescos y mobiliario de estilo rococó o neoclásico, que se suele remontar hasta la segunda mitad del siglo XVIII. Destacan los frescos de los techos realizados en 1787 para la boda del sobrino de Alvise IV con Laura Corner, como los de Jacopo Guarana (Verona, 1720 – Venecia, 1808), Giambattista Canal (Venecia, 1745 – 1825) y Giovanni Scajaro (act. segunda mitad del siglo XVIII). También son dignas de mención las puertas de raíz de roble y los marcos en madera tallada y dorada.