Станция «Новослободская» стала последней работой выдающегося архитектора А. Душкина, который принимал активное участие в строительстве Московского метрополитена.
Схема строительства «Новослободской» такая же, как у станции «Добрынинская». Ее отличительная особенность — чередование больших и малых арочных пролетов. Разница заключается только в том, что образованные в теле пилонов ниши было решено закрыть витражами, за которыми установили светильники. Этот прием позволил «дематериализовать» тяжелые несущие конструкции и создать ощущение легкости и невесомости.
Станцию украшают 32 витража, выполненные по рисункам П. Корина, который делал эскизы мозаик для станции «Комсомольская». Каждый витраж вставлен в рамку из отчеканенной позолоченной латуни. Аналогичные латунные пояса располагаются над арочными проходами на перроны. В верхней части каждого витража находится медальон.
На шести витражах изображены представители интеллигентных профессий — агроном, музыкант, художник, энергетик, географ и архитектор. Все остальные витражи изображают различные геометрические орнаменты. Торцевую стену главного зала украшает мозаичное панно П. Корина «Мир во всем мире», на котором изображена женщина с младенцем на руках. До разоблачения культа Сталина его изображение находилось в верхней части панно, а к вождю протягивал руки ребенок. После прихода к власти Хрущева портрет удалили и вместо него изобразили пару парящих белых голубей.
В 2003 году на станции проводили реставрацию светильников, панно и витражей, после чего свет на станции стал более ярким, что не соответствует первоначальной задумке архитекторов, которые намеревались создать некий загадочный грот.
Цоколь пилонов обложен черным с белыми прожилками мрамором. Верх пилонов облицован прохоро-баландинским мрамором. Путевые станы тоже отделаны мрамором с труднопроизносимыми названиями: цокольная часть — «коркодино», верхняя — «коелга». Пол станции напоминает шахматную доску из черного «габбро» и серого гранита.