海晏堂位于方外观东面，是长春园西洋楼建筑群中最大的一组建筑。建成于乾隆二十四年（1759）。
海晏堂的正门朝西，两层十一开间，对称构图，西立面中部楼上设大门，大门前石阶分别立有石鱼、石狮一对。门前左右有弧形叠落石阶数十级，沿石阶可从一层直接上到二层。石阶两侧除西式汉白玉栏杆外，还设计了跌水（水扶梯），水流沿跌水逐级跌落，流至楼前水池。
海晏堂遗址
海晏堂前的水池呈菱形，池中间有座圆形喷水塔。池东有一雕刻精美的巨型牡蛎形番花。在石牡蛎两侧，分别排列有十二尊人身兽头青铜雕像。每尊青铜雕像手捧玉笏，形态各异。北面从内至外依次是，丑牛、卯兔、巳蛇、未羊、酉鸡、亥猪，南面从内到外依次是子鼠、寅虎、辰龙、午马、申猴、戌狗。十二生肖铜像按照时辰规律的排列，这些铜像轮流自口中喷水一个时辰，即两小时。每到午时，所有生肖一起喷水，人们根据喷水的动物就可以知道大概时间，所以又俗称“水力钟”。
海晏堂喷水池有一点值得一说，在西方国家，喷泉一般为裸体人像，按理说西洋楼喷水池也该用裸体人雕像，但在当时的封建社会用裸体人雕像做为喷泉被认为是伤风败俗，不能容忍的。郎世宁、蒋友仁在中国居住多年，显然也是明白这些道理的，所以才用中国人熟悉的十二生肖做为喷泉雕像。将民俗文化融入于西洋喷泉之中，是传教士长居中国宫廷，深受中国文化熏陶的结果，是中西文化交融的成功范例。
海晏堂不仅外观设计巧妙，内部也十分豪华。据史料和传教士回忆录记载，海晏堂内挂有乾隆书“海晏堂”西式楠木金字横匾。内部设有宝座两张，上有皮花象牙席二块，南楼下挂紫檀木雕西洋人物大挂屏一面。殿内其它屋内还陈设有西洋瓷花尊、西洋钟表、西洋玛瑙餐具、玻璃鹅项灯等西式物件，大多是西方国家进贡给中国皇帝的礼物。
海晏堂后是一座工字形平台楼，是供给附近喷泉水源的主要蓄水楼。这座蓄水楼从外表看起来仍然是一座西式洋楼，但它是实心的，洋楼的下部是走廊，上部建有阳台，东门有盘旋石梯可登楼。楼上中心部位是一东西长27.36米、南北宽5.72米、池深1.44米的大水池，可容水约180吨。池底为防止漏水，全部用锡板焊成，俗称锡海。
在海晏堂蓄水楼内还建有水车房，海晏堂刚建成时，为机械提水，后因水车轮损坏，国人又不会修理，最后只得改为人工打水上楼，勉强保障正常供水。
海晏堂南北两面还建有四个小型八角喷水池。西边的池里插铁制桂树一株，树下有两个铜猴手托大印一枚在捅马蜂窝，从水口喷射出来的水击到树上，群蜂飞舞，水花四溅，两个小猴十分恐慌的溺于水中，俗称“封（蜂）侯（猴）挂印”喷泉。而东边的池里也设有一只铜猴坐在四只石刻山羊上，手执一把雨伞，伞顶喷水上升后落于伞面如下暴雨一般，俗称“猴打伞”。海晏堂南北两个小型喷泉完全一样，只是位置相互交换了一下。
