Pod koniec XIX wieku znaczny rozwój miasta oraz postępy w medycynie sprawiły, że konieczne stało się rozbudowanie szpitala. Zaplanowano postawienie nowego budynku, którego sfinansowanie zapowiedział bankier Pau Gil. Budowa rozpoczęła się 18 stycznia 1902 i trwała 18 lat, z przerwami spowodowanymi brakiem środków. Wreszcie w 1930 udało się ukończyć inwestycję. Na prośbę sponsora do nazwy szpitala dodano jego patrona, św. Pawła. Pełna nazwa brzmiała więc Szpital św. Krzyża i św. Pawła. Współcześnie pomija się pierwszą część nazwy. Budowla Zespół zaprojektowano na dziewięciu kwartałach ulic w dzielnicy Eixample, na kwadratowej działce o wymiarach 300 na 300 metrów. Składa się z budynku głównego, przeznaczonego na administrację, i 27 pawilonów. Wszystkie budynki połączone są podziemnymi korytarzami, przystosowanymi do transportu chorych. Urządzenia techniczne pozostawiono na zewnątrz, dla łatwiejszej obsługi i konserwacji.
Pośród budynków wyróżnia się przede wszystkim siedziba administracji, do której prowadzą szerokie schody. Po obu stronach położone są biblioteka i sekretariat. W wydzielonej części mieści się kościół.