El primer lugar utilizado como sede por el Banco Central de Chile se ubicaba en un antiguo local del Banco Santiago en Agustinas con Ahumada, lugar donde inició sus operaciones el 11 de enero de 1926.^[2]​ Como describe la primera memoria del banco, este espacio se hizo insuficiente, ya que «las condiciones ordinarias que requieren las edificaciones destinadas al giro bancario resultan insuficientes para un Banco Central que, además de las actividades propias de este comercio, tiene una sección como la de emisión que por sí sola necesita de un recinto especial extenso y apropiado a sus diferentes trabajos, con bóvedas suficientes para la segura custodia del papel billete, con amplio espacio destinado al trabajo de cancelación de los billetes deteriorados y con hornos adecuados».^[3]​

La actual sede, ubicada en el centro de Santiago, en calle Agustinas, es un edificio de conservación histórica construido en un terreno de aproximadamente 3200 m². Tiene un estilo neoclásico ecléctico y recoge la tradición tipológica de los edificios bancarios ingleses, lo que se expresa en la fachada compuesta por pilastras a gran escala y por la decoración de los espacios interiores, en los que resalta el uso del bronce y del mármol. La obra, diseñada por el arquitecto Alberto Cruz Montt, comenzó su construcción en 1927 y contaba con tres pisos y un subterráneo, con 6494 m² de superficie edificada. Luego de ser visitada por el entonces presidente de la República, Carlos Ibáñez del Campo, abrió sus puertas al público el 17 de diciembre de 1928.^[4]​

El terreno pertenecía a la Caja de Ahorros de Santiago y anteriormente funcionó en el mismo sitio el primer monasterio de Chile, de las monjas Agustinas, a las que se debe el nombre de la calle en que se emplaza el edificio. En ese mismo terreno, antiguamente, se encontraba la casona de la familia de Manuel Rodríguez Erdoíza. El costo total de edificio y el terreno fue de $ 9 381 920 de la época.^[5]​

En 1937 se decide ampliar el edificio, lo que fue realizado por el arquitecto Josué Smith Solar y su hijo José Tomás Smith Miller, quienes respetaron el trabajo original de Alberto Cruz Montt, uniformando las fachadas del edificio y manteniendo la configuración que exhibe en la actualidad. Esta maciza y segura construcción remata en su frontis con una leyenda: «Banco Central de Chile». Las líneas arquitectónicas de su fachada y los objetivos corporativos del Banco Central, tienen en común características tales como: solidez, orden, progreso y estabilidad.^[6]​

El frontispicio del edificio del Banco Central de Chile fue representado en el reverso del billete de 50 000 pesos, emitido en 1959, así como también en el de 50 escudos, emitido desde 1960.^[7]​ Para el golpe de Estado del 11 de septiembre de 1973, el edificio recibió varios impactos de bala producto de los enfrentamientos entre fuerzas militares y personas leales al gobierno de Salvador Allende.^[8]​

El 18 de mayo de 2012 fue inaugurado en su interior el Museo Numismático del Banco Central de Chile.^[9]​ Se habilitaron parte de las antiguas cajas y una bóveda en desuso como lugar de exhibición de elementos que forman parte de la historia monetaria de Chile, además de una sección con exposición de billetes del mundo.^[10]​^[11]​

Entre octubre de 2016 y febrero de 2018 se realizó una segunda intervención al edificio, al cumplirse 90 años de su construcción, con el fin de preservar el valor del edificio como una pieza del patrimonio arquitectónico de Chile y asegurar el estado de conservación para generaciones futuras. Para ello, se repararon y recuperaron revestimientos, estucos y ornamentos, lámparas y ventanas de bronce, además de corregir las fisuras en sus ornatos exteriores que representaban un riesgo para los transeúntes. Un equipo de expertos realizó un exhaustivo trabajo de recuperación de la puerta principal de bronce, una de las piezas más importantes en la arquitectura de esta construcción; además, se instaló un nuevo sistema de iluminación con tecnología de eficiencia energética.^[12]​

El edificio cuenta con 8 plantas, con 18 000 m² construidos sobre una superficie de 3926 m².^[1]​ El ingreso principal a la sede del Banco Central de Chile está flanqueado por dos luminarias de pedestal asentadas sobre un plinto de concreto; las cinco luces de opalinas blancas se encuentran sobre un soporte de bronce, y estos faroles se incorporan posteriormente, ya que no aparecen en fotografías del edificio de 1929.^[12]​

Una de las características del edificio es su gran puerta de bronce, que acompaña al edificio desde su fundación y a la que se accede ascendiendo por una escalinata central de cinco peldaños. La puerta fue construida por la Maestranza y Cerrajería Artísticas Carlos Mina e hijos. Hecha en dos pliegues, pesa seis mil kilos y tiene una altura de 6,2 metros y un ancho de 3,5 metros. El diseño cuenta con elementos clásicos característicos, siguiendo la línea del edificio, destacando la sobriedad decorativa. En el centro sobresale un par de aldabas y en sus segmentos laterales se acentúan piezas fitomorfas, en tanto que, en el módulo inferior de la hoja derecha, se observa una placa que dice “C. MINA e HIJOS, ERASMO ESCALA 3096-SANTIAGO DE CHILE”.^[5]​