Paimio sanatorium hör till huvudverken inom den finländska funktionalismen och är en central byggnad i arkitekten Alvar Aaltos tidiga produktion. Sanatoriets renodlat funktionalistiska arkitektur svarar mot kraven på standardisering och hygien. Sanatoriet är en internationellt uppskattad märkesbyggnad i den moderna arkitekturen.
Det ingår i det urval av märkesbyggnader inom finländsk modernism från slutet av 1920-talet till 1970-talet som den internationella organisationen DOCOMOMO har godkänt. Paimio står sedan 2004 på Finlands tentativa lista under Unescos världsarvskonvention. Paimio sanatorium är i både läge och arkitektur ett mönstergillt exempel på de lungsanatorier som byggdes i Finland på 1930-talet.
I ett ljust sanatorium, byggt i ren luft på en torr mo, ansåg man att förutsättningarna för tillfrisknande fanns. Sanatoriets komposition är asymmetrisk och organisk: från entrépartiet i mitten skjuter flygelbyggnader med olika funktioner ut som en solfjäder. Flyglarna är orienterade efter väderstrecken, med patientrummen mot morgonsolen.
I sjukhuset finns också möbler, lampor och inredningsdetaljer som Alvar Aalto ritade för sanatoriet, till exempel sanitetsutrustning. Till sanatorieanläggningen hör radhus i två våningar för läkare och sjuksköterskor samt en ekonomiflygel från 1950-talet. Sanatoriebyggnaden har senare ändrats, bland annat har de öppna balkongerna för luftbad byggts igen.
Gravkapellet, kallat Ruusukellari, vattenpumpstationen och det biologiska reningsverket ligger i utkanten av sanatorieområdet. Paimio sanatorium används fortfarande inom hälso- och sjukvården.
