El proyecto es el resultado de la fusión del Hospital de Sant Pau y el viejo conjunto gótico del Hospital de la Santa Creu, con lo que se creaba uno de los elementos de mayor repercusión urbanística sobre la ciudad. El hospital ocupa nueve manzanas del Eixample Cerdà, en un extremo de la avenida Gaudí, con la Sagrada Família en el otro extremo. Domènech i Montaner apuesta por la misma organización en pabellones ensayada en el Institut Pere Mata, si bien creando una estructura concentrada enterrada que evita la dispersión funcional de los pabellones, muy criticada por algunos expertos de la época en instalaciones hospitalarias. Se trata de un conjunto de 46 pabellones situados en torno a un eje que atraviesa la gran manzana diagonalmente. Domènech opera así una lectura abierta e innovadora de la manzana tipo del plan Cerdà. La estructura de los pabellones está modulada en elementos que soportan unas bóvedas de ladrillo, favoreciendo la adaptación del sistema de muro con la funcionalidad de cada pabellón. El eje formado por la avenida Gaudí representa un conjunto monumental único, en cuyos extremos se erigen dos concepciones casi antitéticas del sentido de la nueva arquitectura y su funcionalidad en las necesidades sociales de la época.

A finales del siglo XIX, el hospital más importante de la ciudad de Barcelona era el de la Santa Creu, ubicado en el edificio medieval construido por esta función en el Raval en 1401 y que se mantenía gracias a la beneficencia y las ayudas de las administraciones.
Hay que recordar que, en aquella época, al hospital solo iban los pobres, ya que los que se lo podían permitir hacían venir al médico a casa. Y que la mortalidad entre los que ingresaban era muy alta, sobre todo debido a las infecciones y contagios.
El hospital medieval era insuficiente para la población de Barcelona a finales del XIX, y se adquirieron unos terrenos en la zona del Guinardó para poder construir un nuevo hospital cuando se dispusiera de los suficientes fondos.
En 1896, muere en París el banquero catalán Pau Gil y legó una parte de su fortuna para la construcción de un hospital en su ciudad natal, Barcelona.
Los albaceas hacen un concurso para escoger el mejor proyecto según criterios médicos y arquitectónicos. En abril de 1900, el jurado de arquitectos declara ganador el proyecto Salud, de Josep Domènech i Estapà, que había proyectado el hospital clínico. Pero el jurado de médicos lo declara desierto.
En la junta de la Administración de la Santa Creu del 19 de abril de 1901, se decide encargar a Lluís Domènech i Montaner el proyecto conjunto de dos hospitales reunidos bajo un plan general de administración y funcionamiento, uniendo lo que debía construir con el legado de Pau Gil y lo que necesitaba la Santa Creu.

Proyecto original:
En la memoria del proyecto, Domènech pone de manifiesto que ha hecho un estudio profundizado de una gran variedad de hospitales, cita más de 240 hospitales de todo el mundo, principalmente de Europa, ordenados alfabéticamente por ciudades y citando la bibliografía consultada para su estudio.
Se conserva en el archivo del Colegio de Arquitectos una serie de fichas manuscritas por Domènech con estos hospitales y sus referencias bibliográficas que utilizó para su estudio.
Domènech hace una síntesis de todas las propuestas, entre otras tomando la disposición en pabellones aislados (sobre rasante) y unas galerías subterráneas de comunicación, pero manteniendo las grandes salas con alturas generosas de la Edad Media, más adecuadas al clima mediterráneo que las salas más bajas centroeuropeas.
El emplazamiento escogido estaba alejado de la aglomeración urbana de la ciudad de Barcelona pero bien comunicado, en un espacio situado en el Guinardó, en los límites del Pla del Eixample de 1860. Estaba delimitado por cuatro calles, que en el momento de empezar la construcción apenas estaban urbanizados. El solar presentaba una pendiente muy considerable, de 35m de altura de punta a punta (equivalente a 12 pisos) y tenía una superficie similar a 9 manzanas del Eixample.
La propuesta contemplaba 145.500 m2 para 1.000 enfermos, dando un ratio de 150 m2 por enfermo, muy superior a los 130 que aconsejaban la comisión de médicos.
El conjunto del hospital no seguía la alineación de la trama del Eixample, sino que se disponía girado 45º, consiguiendo la perfecta orientación de las fachadas longitudinales de los pabellones (norte-sur).
El conjunto preveía un total de 48 edificios para los distintos usos. El solar quedaba dividido por dos avenidas principales de 50 m de ancho que cruzaban en diagonal el solar y lo estructuraban en 4 cuadrantes. La forma ligeramente rectangular del solar hacía que las diagonales no coincidieran con las 4 esquinas.
Había 21 pabellones dedicados a enfermería a ambos lados de la gran avenida central, dedicando cada pabellón a las diversas enfermedades. En el perímetro del solar se situaban los pabellones destinados a varios servicios que requerían uno de acceso independiente desde las calles perimetrales (dispensario, iglesia, pabellones de máquinas, lavaderos, talleres, hospital infantil, torre de distribución de las aguas, capilla mortuoria) sin tener que atravesar el recinto.
Todas las construcciones tienen una clara voluntad unitaria y se utiliza una profusión en todos los paramentos exteriores e interiores de una riquísima variedad de cerámica vidriada decorativa.
Si existe un elemento claramente diferenciador del proyecto de Domènech respecto a los referentes hospitalarios en los que se ha basado, es precisamente esta riqueza decorativa.

Pabellón de Administración:
Este pabellón formaliza el acceso principal al recinto. El edificio tiene una configuración casi simétrica, con un cuerpo central coronado por la torre del reloj, dos alas laterales que abarcan el espacio de la plaza delantera y dos cuerpos extremos perpendiculares que cierran el espacio llegando a los límites del solar.
Tiene una altura de planta baja, dos plantas, espacio de buhardilla bajo-cubierta y una planta semi-sótano con iluminación y ventilación naturales.
Originalmente concentraba los espacios destinados a usos administrativos del conjunto, con el ala este para las dependencias de uso médico: admisión de enfermos, despachos médicos y biblioteca-museo,
el ala oeste para usos administrativos: salas de contaduría, despachos, archivo general y secretaría, y el cuerpo central - el corazón del recinto - que acogía los usos más representativos: el porche de acceso, la escalera monumental, el gran salón de actos y la torre del reloj.
La representatividad del edificio queda acentuada por su extrema riqueza en el amplio programa ornamental que se desarrolla y por una mayor calidad en la elección de los materiales. En este sentido, la Administración constituye un homenaje a las infinitas posibilidades expresivas de la cerámica aplicada a la arquitectura.
Un espectacular friso de mosaico recorre las fachadas de los cuerpos laterales del Pabellón, ilustrando la historia de la institución hospitalaria desde sus orígenes hasta la construcción de esta nueva sede.
También cabe destacar el ejercicio de racionalidad constructiva que predicaba en la memoria del proyecto con el uso del ladrillo visto en los paramentos interiores combinado con un bloque gris (de mortero de cal, sin cocción), sin ningún enyesado de acabado final.

Pabellones tipos:
A ambos lados del paseo central se disponen los pabellones de enfermería, de los cuales se construyeron seis en esta primera fase y otros dos se acabaron en la siguiente.
Todos ellos responden a una misma tipología, con el cuerpo de acceso tangente a la avenida principal, la sala de enfermería en forma de cuerpo longitudinal orientado norte-sur y un cuerpo administrativo dando a la parte exterior del recinto.
Domènech, de hecho, dibuja un juego de planos único sobre papel vegetal para los pabellones tipo, de modo que, para construir los que estaban en posición simétrica solo había que dar la vuelta a la hoja.
Para acceder se tenía que atravesar un primer vestíbulo con una sala de día y los servicios a ambos lados, y unos espacios administrativos y estancias de servicios sanitarios en la parte posterior. La planta sótano estaba inicialmente dedicada a servicios, y comunicaba con las galerías subterráneas.
Los grandes espacios interiores, incluidas las bóvedas de ladrillo de plano, están completamente revestidos con un amplio repertorio ornamental con la baldosa cerámica vidriada o esmaltada, generando gran diversidad de texturas y colores a la vez que aseguran la higiene.
La ventilación y la iluminación natural estaba profundamente estudiada y se describía detalladamente en la memoria del proyecto, utilizando canalizaciones y chimeneas dentro de los elementos constructivos. También estaban previstas las instalaciones de ventilación y calefacción artificiales, adaptando las prescripciones de la arquitectura hospitalaria de la época a los requerimientos del clima mediterráneo.

Pabellón de Operaciones y de Inspección:
Los pabellones de Sant Jordi y Santa Apol·lònia, situados detrás del Pabellón de la Adminsitración y cercanos a los accesos laterales, estaban destinados al primer reconocimiento de los casos entrantes. No disponían de conexión a la red de galerías subterráneas para asegurar que no existiera posibilidad de contagio, en caso de enfermedades infecciosas. Tienen una planta de altura y están formados por un cuerpo principal con cuatro celdas con acceso desde una galería exterior cubierta y dos cuerpos extremos, uno destinado a cocina y una sala para el personal sanitario y otro a baño y sala de limpieza.
El último de los pabellones de esta primera fase es la casa de operaciones que acogía a los quirófanos.
Tiene una altura de planta baja, dos plantas piso y un sótano comunicado con las galerías del recinto.
La característica más significativa del edificio es su volumetría compacta y la aparición de tres espacios absidiales con los cerramientos de vidrio (paramentos y cubiertas) orientados a norte disfrutando de una óptima iluminación natural con luz difundida, donde se ubicaban los quirófanos.

Túneles de urbanización y jardinería y final de las obras:
Por debajo de todo el recinto, una red subterránea de túneles conectaba los distintos pabellones entre ellos. Había una red que comunicaba la zona de no infecciosos con los servicios generales y otra separada que comunicaba la zona de infecciosos (exceptuando los de aislamiento).
Estas galerías subterráneas preveían iluminación y ventilación natural por su parte superior e incorporaban el trazado de instalaciones hasta cada uno de los edificios independientes.
El generoso espacio libre que quedaba entre los edificios se dedicaba a las vías de circulación internas y jardines. Los espacios ajardinados resolvían las variaciones de topografía del terreno en sentido este-oeste.
Con estas variaciones de rasante resultaban unos caminitos serpenteantes en diagonal entre los pabellones, dejando a norte un jardín de verano (fresco) y a sur un jardín de invierno (bien soleado) con especies vegetales de interés científico y farmacéutico, aparte del paisajístico.
En 1902, se realiza la ceremonia de colocación de la primera piedra, aunque el proyecto no está terminado ni las obras contratadas. Entre 1905 y 1912 se hace el grosor de la construcción siguiendo el proyecto original.
En 1912 se agota el legado de Pau de Gil y el albaceo prepara la cesión de los pabellones inacabados al Hospital de la Santa Creu. Mientras se buscan fondos de financiación, la obra queda parada, dejando medio de la ciudad un conjunto a medio construir y que no puede entrar en uso, pero de una altísima calidad arquitectónica. Recibirá el premio en el concurso anual para edificios construidos en 1912.

La continuación de las obras:
En 1914 se reanudan las obras, con muchas dificultades económicas, que se alargarán 16 años, en función de la disponibilidad económica de la Junta de la Santa Creu y de varios benefactores (que darán nombre a los pabellones que ayudarán a construir).
En esta segunda fase comienza a tomar mayor protagonismo en la dirección de las obras Pere Domènech i Roura, aunque con gran austeridad causada por la dificultad de financiación.
Se readaptan los proyectos de algunos de los edificios para ajustarlos a esta austeridad, su monumentalidad queda diluida y se utiliza menor calidad de materiales y sobre todo de elementos ornamentales.
Domènech i Montaner muere el 27 de diciembre de 1923, sin ver terminada ni puesta en uso su obra. En los nuevos pabellones a partir de ese momento se abandona el ambicioso proyecto inicial y se construyen nuevas tipologías edificatorias, con la evolución de la ciencia médica en los 20 años que han pasado desde la redacción del proyecto original.
Los pabellones que comprenden esta segunda fase son: el pabellón central, el pabellón de Sant Manel y de Sant Rafel, la iglesia y los anexos, el pabellón de la resurrección, el pabellón de los lavaderos, la casa de máquinas, la ampliación de la bóvila, el pabellón de Sant Carles y Santa Francesca.
Quedarán sin construir numerosos pabellones del proyecto original. Uno de los últimos trabajos de Domènech Roura para poner en uso el conjunto de pabellones será dotarlos de mobiliario y equipamiento.
El 16 de enero de 1930, 28 años y un día después de la colocación de la primera piedra, el rey Alfonso XIII inaugura oficialmente el Hospital. Medio año antes se ha realizado el traslado completo de las actividades, aunque alguno de los pabellones todavía seguirá trabajando algunos meses.

Presión hospitalaria:
Después de la inauguración del Hospital y su total entrada en uso, las obras no se detendrán. Se continuarán haciendo ampliaciones, nuevos pabellones y modificaciones para adaptarse a las necesidades funcionales.
Estas actuaciones la mayoría de las veces se realizan con poco cuidado respecto a la concepción original de Domènech, tanto a nivel formal como de acabados. Por un lado, hay necesidades de aumentar la capacidad de enfermos y de servicios, y por otro, las exigencias médicas siguen variando con rapidez generando nuevos requerimientos que los viejos edificios no siempre pueden absorber.
Por un lado se dividen los grandes espacios de las salas de día y las salas de enfermos a nivel horizontal para incrementar la superficie: en lugar de tener una gran sala de 9 m de altura se realizan dos de 4m cada una.
Por otra parte, la atención sanitaria ya no se hace en una gran sala común sino en habitaciones para una o dos personas, de modo que los espacios se van subdividiendo con separadores verticales para conseguir pequeños cubículos. Estos cambios afectan a las carpinterías de fachada, que quedan partidas o a veces cegadas. También se van sobreponiendo nuevos acabados en pavimentos y paredes interiores.
Se dejan de utilizar los sistemas pasivos de climatización natural y control solar previstos originalmente por Domènech y las nuevas necesidades de instalaciones fagocitan los edificios: aparecen tubos, cables y aparatos de aire acondicionado.
En 1978, el Hospital será declarado Monumento Histórico-Artístico, y en 1997 Patrimonio Mundial por la UNESCO (de forma conjunta con el Palau de la Música Catalana).
A pesar de estos reconocimientos de su valor como patrimonio arquitectónico, la presión que genera su uso hospitalario sigue afectando gravemente al conjunto. El colapso arquitectónico y funcional va en aumento, quedando en evidencia la necesidad de trasladar toda la función hospitalaria a un nuevo edificio.

Recuperación:
Finalmente se construye un nuevo hospital de Sant Pau para más de 500 camas, de acuerdo con los requerimientos de un centro hospitalario del siglo XXI, en el extremo norte del recinto. Para alojarlo se tendrán que derribar varios edificios de Domènech Roura, que ya no seguían el proyecto original: Sant Carles y Santa Francesca, Santa Faustina, el pabellón de la resurrección, los lavaderos y el tejar.
En 2009, una vez el nuevo hospital entra en funcionamiento, con los edificios originales de Domènech i Montaner vacíos se puede empezar su recuperación y puesta en valor.
Los primeros trabajos se acabaron en 2014 inaugurando el Recinto Modernista de Sant Pau, un espacio cultural que, aparte de poner en valor el conjunto arquitectónico y permitir su visita, acoge a diversas instituciones dedicadas a la salud y la sostenibilidad.
El recinto modernista de Sant Pau es actualmente un conjunto magníficamente conservado de la tipología de hospital pabellonario de principios del siglo XX. Muchos de los referentes que Domènech i Montaner utilizó de referente ya no existen actualmente o se han visto muy dañados.
Pero puede concluirse que la riqueza ornamental, espacial y funcional tan espectacular que tiene este conjunto de Domènech i Montaner, sin comparativos con ningún otro edificio hospitalario de la época, merecen sobradamente su catalogación como patrimonio mundial.