Filozofowie przebywają we wnętrzu, przypominającym antyczną świątynię, zwieńczoną ogromnym sklepieniem kolebkowym. W gmachu znajdują się rzeźby boga Apolla, patrona sztuki i poezji, oraz bogini Minerwy, patronki mądrości, sztuki i rzemiosła. Według innego źródła Rafael mógł inspirować się również ogólnie architekturą rzymską.
W centrum stoją Platon i Arystoteles, postacie te wyznaczają oś układu wszystkich postaci. Rafael wierząc, że platoński idealizm i materialistyczny arystotelizm wzajemnie się uzupełniają, zdecydował się ukazać te dwie postacie jako równe sobie. Platon, prawdopodobnie z twarzą Leonarda da Vinci, ma na sobie różową lub czerwoną togę. Pokazuje palcem prawej ręki niebo, w lewej dłoni trzyma swój dialog Timajos. Arystoteles ma na sobie niebieską szatę, wskazuje na ziemię, a na lewym udzie przytrzymuje tom Etyki nikomachejskiej. Arystoteles prawdopodobnie ma rysy twarzy Giuliana da Sangallo. Starzec leżący na schodach to Diogenes z Synopy. Opierający się o blok kamienny zamyślony i ponury Heraklit ma podobiznę Michała Anioła.