Il mausoleo di Elena costituisce uno dei più importanti complessi architettonici della Roma paleocristiana del IV secolo. L'edificio a pianta circolare, è costituito da due cilindri sovrapporti, di cui il superiore di diametro inferiore, con una copertura a cupola. Il cilindro inferiore ha un diametro esterno di 27,74 metri ed uno interno di 20,18 metri. L'altezza totale era in origine di 25,42 metri, mentre oggi è di circa 18 metri. Internamente il cilindro inferiore ha una forma ottagonale. Nei vertici sono poste delle nicchie, alternativamente rettangolari e semicircolari, una delle nicchie rettangolare costituiva l'ingresso. In corrispondenza delle nicchie, nell'anello superiore, si aprivano otto finestre ad arco.

Per alleggerire il peso della cupola sono state inserite nella costruzione delle anfore (dette pignatte) vuote, oggi ben visibili a causa del crollo della volta. Questa tecnica costruttiva era abbastanza diffusa e se ne trovano testimonianze in vari edifici fra cui il mausoleo di Valerio Romolo, il tempio di Minerva Medica e il mausoleo dei Gordiani. Questo particolare aspetto ha dato origine il nome di Tor pignattara (cioè Torre delle pignatte) con il quale è conosciuto il mausoleo dai Romani e che ha dato il nome alla zona circostante.

Nella nicchia rettangolare di fronte all'ingresso era con ogni probabilità contenuto il sarcofago in porfido rosso di Elena. Le pareti esterne del sarcofago sono decorate con scene di guerra, cosa che alimenta l'ipotesi che esso fosse inizialmente destinato ad ospitare le spoglie di Costantino e solo in seguito utilizzato come sepolcro di Elena.

Il restauro è consistito sia nella demolizione delle aggiunte effettuate in epoche successive alla realizzazione del mausoleo, che hanno ridato al monumento la sua volumetria originale, che nella realizzazione di due ballatoi, al primo e secondo piano, che possono consentire la vista dall'alto degli ambienti permettendone di gustare la dimensione e la vista d'insieme. Sono stati inoltre restaurati i pochi frammenti rimasti del pavimento originario all'interno del mausoleo.