Комплекс зданий Сената и Синода К. И. Росси задумывал как ансамбль, состоящий из двух самостоятельных зданий, соединенных триумфальной аркой. В августе 1829 г. началось строительство нового здания Сената на месте старого сенатского здания. Причем старое здание полностью сносить не стали. Частично его стены и фундамент включили в объем нового строения Росси. А спустя год выкупили стоявший рядом дом купчихи Кусовниковой (казне это обошлось в 600 тыс. руб.) и на его месте приступили к возведению здания Синода. К октябрю 1832 г. завершили строительство обоих зданий и приступили к их внутренней отделке. Окончательно строительство завершили только в 1836 г.
За вытянувшимся вдоль всей западной стороны площади комплексом скрылись корпуса работавшей на нужды Адмиралтейства бумагопрядильной мануфактуры. Арка, соединившая два почти одинаковых здания, символизировала единство церкви и государства и была украшена богатым скульптурным декором. Она является одним из нереализованных вариантов арки здания Главного штаба на Дворцовой площади, чем и объясняется их сходство. С обеих сторон арки на уровне второго-третьего этажей стоит по две пары колонн коринфского ордера, перекрытых раскрепованным антаблементом. Высота арки (с расположенной на ней скульптурной группой) равна 26 м, а высота до уровня свода — 12 м.
В центре обоих зданий на уровне второго и третьего этажей, симметрично к арке, находятся 8-колонные лоджии. Под ними расположены входы в Сенат и Синод. Ко входам ведут гранитные лестницы с пандусами. Первоначально предусматривалось украсить их фигурами сторожевых львов, однако против этого выступил Синод. В результате пара уже изготовленных львов украсила спуск к Неве у Адмиралтейской (Дворцовой) пристани.
Здание Сената украшено еще одной 8-колонной лоджией на углу площади и набережной Невы. Этот угол плавно закруглен. Здание же Синода на углу площади и Адмиралтейского канала (ныне — Конногвардейский бульвар) завершается портиком с двумя парами колонн коринфского ордера.
В угловой части здания Сената находилась освященная в 1835 г. церковь Святого Александра Невского. Она имела в плане форму креста, и ее украшали шесть колонн композитного ордера. Центр церкви перекрывался куполом с парусами. Росписи стен выполнил художник Б. Медичи. На аттике, завершающем колоннаду закругленного угла здания Сената, был укреплен золоченый четырехконечный крест.
Надо сказать, что, несмотря на большую протяженность, комплекс зданий Сената и Синода отнюдь не выглядит монотонным.
Их фасады оживляют лоджии с колоннадой, завершаемые ступенчатыми аттиками. Выступающие портики, лоджии и колонны коринфского ордера создают хороший светотеневой эффект.
Внутри прямоугольных в плане трехэтажных зданий находятся большие дворы.
В июле 1831 г., еще до окончания строительства, Николай I распорядился начать работы по скульптурному оформлению зданий и выдвинул ряд условий: фигуры должны быть ростовыми, а не сидячими, и одетыми в античные тоги. Допускалось присутствие фигур и барельефов аллегорического характера. Всякого рода арматура признавалась излишней. Не должно было быть и каких-либо надписей на раскрытых страницах книг.
В оформлении арки и фасадов приняли участие скульпторы Н. С. Пименов, С. С. Пименов, В. И. Демут-Малиновский, Н. А. Токарев, П. В. Свинцов, И. Леппе, Н. А. Устинов и П. П. Соколов. Созданные ими скульптуры, барельефы и горельефы отображают историю становления российского законодательства.
Над аркой поместили скульптурную группу «Благочестие и Правосудие», символизирующую единство церкви и государства.
Ее авторами являются С. С. Пименов, В. И. Демут-Малиновский и П. П. Соколов. С двух сторон арки установили по две пары колонн коринфского ордера, над которыми поместили по две пары фигур Гениев (ангелов) с книгами законов в руках. Такие пары колонн присутствовали в одном из проектов оформления арки Главного штаба. Скульптурную композицию над аркой и фигуры Гениев отлили на заводе Ч. Берда.
Скульптуры установлены также в нишах между колонн. В первой нише слева установлена скульптура «Вера» работы Н. А. Устинова, во второй — скульптура «Благочестие» работы П. П. Соколова. А справа от арки в нишах стоят скульптуры «Закон» и «Правосудие», работу над которыми начал скульптор С. С. Пименов, но завершить ее не успел, поскольку скончался. Заканчивал работу его сын — Н. С. Пименов.