La tour, achevée en 1611, est essentiellement connue à travers les gravures de Claude Chastillon, ingénieur du roi venu sur le chantier, puis par les nombreux plans et coupes réalisés jusqu'à la fin du XVIII^e siècle, avant les transformations de Teulère. La tour fait alors figure de « plus beau chef-d'oeuvre d'architecture qu'il y ait en France », attirant voyageurs et architectes français et étrangers. Si la représentation de Chastillon doit être prise avec précaution, elle met en évidence le caractère exceptionnel du monument, à la fois château et tour à feu où se rencontrent les influences artistiques du temps, interprétées par Louis de Foix.

La tour repose sur une énorme plate forme de 41 mètres de diamètre, revêtue de grandes pierres de taille, muraille contre la mer, sans cesse menacée par les tempêtes et réparée chaque année. Ce mur d'enceinte renvoie à une image de forteresse surmontée d'un parapet finement sculpté, orné de quatre guérites symboliques. La tour circulaire s'articule selon trois étages séparés par des galeries à balustrades richement décorées. S'y affichent tous les attributs d'un monument reprenant les canons de l'architecture antique : colonnes doriques, pilastres et chapiteaux, portique d'entrée monumental surmonté de frontons emboîtés. Les spectaculaires pyramides surmontant les grandes lucarnes et la débauche sculpturale associant statues monumentales, bustes royaux, masques, animaux et divinités marines renforcent l'image surréaliste d'une tour-château en pleine mer. La partie supérieure et sa lanterne apporte une touche finale à l'édifice avec, pour couronner le tout, une spectaculaire pyramide creuse servant de conduit à la fumée.

L'intérieur de la tour est, lui aussi, traité comme celui d'un château où se succèdent l'appartement du roi, l'extraordinaire chapelle et sa grandiose coupole à caissons, pièce maîtresse de la tour, aux décors très soignés mettant en valeur les emblèmes monarchiques.

Les plans et coupes successifs de Cordouan jusqu'à la fin du XVIII^e siècle mettent en évidence les travaux et remaniements incessants de la tour soumise en permanence aux assauts de la mer. La partie haute du phare est ainsi reconstruite au moins deux fois avec la pose en 1727 d'une lanterne en fer forgé tandis qu'une partie des sculptures les plus fragiles disparaît progressivement. Même si la tour perd ses aspects les plus exubérants, elle n'en conserve pas moins sa silhouette désormais célèbre qui en fait un « monument national ».