La Fundación Centro Nacional del Vidrio se ubica en la antigua Real Fábrica de Cristales de La Granja, edificio declarado BIC por la Junta de Castilla y León, y auténtica seña de identidad para Segovia y todo su entorno. Representa uno de los escasos exponentes de arquitectura industrial europea de carácter regio, erigido en el siglo XVIII, conservado en la actualidad.

Según la profesora Rabanal Yus, "el edificio de la Real Fábrica se define como industria urbana horizontal, en forma de bloque cerrado y desarrollado en torno a varios patios interiores, una estructura similar al resto de manufacturas urbanas o suburbanas de carácter suntuario y erigidas durante la segunda mitad del siglo XVIII en los Reales Sitios".

El edificio actual fue diseñado por el aparejador del Real Sitio Joseph Díaz Gamones, en 1770 con planta basilical, doble ábside y crucero a los pies y a la cabecera. La nave central o de hornos presenta bóveda de medio cañón y las dos naves laterales (antiguos atizaderos) pequeñas buhardillas.

En medio de ambos transeptos se encontraban los hornos donde se fundía el vidrio, bajo cúpulas sobre pechinas de ladrillo, con tabicado doble, tirantes de hierro de refuerzo y linternas para la salida de humos. Elementos que garantizaban suficiente seguridad ante posibles incendios. Un trazado planimétrico que, según el historiador Kubler, se asemeja a los de las iglesias de la región del Rhin del periodo Otoniano, con planta basilical y crucero en cada extremo de la nave.

En 1785 se inicia una segunda etapa arquitectónica a cargo del arquitecto Juan de Villanueva, con el objetivo de ampliar el número de viviendas de los empleados y asentar las otras tres fábricas del interior del Real Sitio. Ampliaciones estas últimas de tal magnitud que quedaron inconclusas debido a la falta de fondos por los acontecimientos bélicos que se estaban produciendo.

Las fachadas exteriores del recinto denotan cierta austeridad en una secuencia reiterativa de vanos que se repiten constantemente, alterando este ritmo las puertas de acceso a los patios interiores. Los cuerpos de las fachadas Este y Oeste presentan una larga imposta horizontal que divide los dos pisos de las naves. La fachada meridional presenta mayor plasticidad de formas, debido a la alternancia de vanos, juego de chimeneas y resolución de cimborrios.

Para ennoblecer el edificio fueron encaramados en las fachadas de los dos cruceros dos escudos, símbolo de la Corte Borbónica.