Für die architektonische Gestaltung des St. Pauli Elbtunnels war der Architekt Otto Wöhlecke vom Büro Raabe & Wöhlecke aus Altona verantwortlich. Die traditionsreichen Formen des modernen Ingenieurbauwerks sind typisch für den repräsentativen Historismus, der sich an älteren Stilrichtungen orientiert. Die beiden Schachtgebäude hatten zu Beginn eine gleiche Silhouette, wurden aber mithilfe verschiedener Materialien an die jeweilige Umgebung angepasst. Auf der Hafenseite in Steinwerder prägte roter Backstein die Fassade der Einfahrtshalle, die mit dem in gleicher Weise gebauten Kraftwerk sowie dem Zollgebäude eine Einheit bildete. Die Verkleidung des Schachtgebäudes auf der Nordseite in St. Pauli besteht vorwiegend aus Tuffstein, Basalt und Granit. Sie entspricht dabei dem Baustil der zuvor fertiggestellten Landungsbrücken.

Fliegerbomben treffen auch den Elbtunnel
Noch vor dem Ende des Zweiten Weltkrieges hatten beide Schachtgebäude eine Kuppel aus Eisenbeton mit einer Tragkonstruktion aus Eisenfachwerk. Bei Luftangriffen der Alliierten kurz vor dem Ende des Krieges wurde die Einfahrtshalle in Steinwerder zum großen Teil zerstört. Bis 1952 konnte das Schachtgebäude vereinfacht wieder aufgebaut werden. Dabei wurde die ehemals vorhandene Kuppel durch eine einfache Flachdachkonstruktion ersetzt. Die Einfahrten für den Fahrzeugverkehr sind in wuchtigen Formen mit Pfeilern und Giebeln gestaltet. An den Ost- und Westseiten der Schachtgebäude dominieren die durch Rundbögen gekennzeichneten Personeneingänge. Die hohen Fenster auf den Elbseiten der Gebäude sorgen für einen starken Einfall von Tageslicht bis auf die Schachtsohle. Die mit goldgelben Platten ausgelegten Schachtwände wurden so gestaltet, dass sie dem Nutzer des Elbtunnels „Wärme" suggerieren.

Majolika-Reliefs zieren die Wände
Die Röhrenportale sind durch breite „kassettierte" Bögen mit bronzenen Lichtbändern markiert und ähneln denjenigen Tunnelstellen, an denen das Gefälle wechselt. Bestimmte Tunnelabschnitte sind durch üppige architektonische Verzierungen hervorgehoben. Die Majolika-Reliefs an den Tunnelwänden thematisieren die darüber liegende Elbe. So werden unter anderem verschiedene Fische, Muscheln aber auch Alltagsgegenstände wie zum Beispiel Arbeitsstiefel dargestellt. Hierzu wurden Tafeln mit erklärenden Inschriften in unmittelbarer Nachbarschaft zu den Steinreliefs angebracht.

Durch die hohen Fenster gelangt viel Tageslicht in das Schachtinnere.		Der Baustil des Elbtunnels wurde an die Landungsbrücken angepasst.		Eingang Steinwerder nach den Luftangriffen im Zweiten Weltkrieg.