Construído em tempo recorde, com uma duração de apenas 2 anos, a empreitada desta obra foi divida em 3 fases. Inicialmente, foram realizados trabalhos de demolição, escavação e contenção periférica, fundações e desvio de um intercetor de águas pluviais. Numa segunda fase, foi iniciada a construção dos três edifícios que atualmente albergam os laboratórios de investigação, áreas de consulta, diagnóstico e tratamento oncológico.
No edifício A é também possível encontrar dois jardins, um exclusivo a utentes, e o outro aberto a todos os visitantes do centro; um laboratório isolado onde são realizadas experiências e estudos sobre animais; uma biblioteca, uma cafetaria e um ginásio.
O edifício B conta com uma área de exibições, um auditório, escritórios, uma área de restauração e uma ligação direta ao edifício A através de uma ponte de vidro. O Edifício C comporta o anfiteatro exterior preparado para espetáculos musicais, sessões científicas ou artísticas.
O Centro Champalimaud é de livre acesso ao público, podendo ser usado por todos. É composto por jardins panorâmicos com uma grande variedade de árvores e várias áreas verdes.