Construcţia a fost executată după planurile arhitectului Octav Doicescu, iar mozaicurile care decorează fântâna sunt realizate de Miliţa Petraşcu, acestea fiind o ilustraţie a baladei Mioriţa, de unde și numele fântânii.

Monumentul este executat din granit de Dobrogea şi e format dintr-un bazin de mari proporţii în formă de elipsă, diametrul mare fiind de 50 m, iar cel mic de 20 m. Fântâna, amplasată în mijlocul bazinului, este formată din două ziduri voluminoase şi paralele, având o lungime de 16 m, o înălţime de 3,20 m şi o lăţime de 0,6 m. Între cele două ziduri este construită o pantă din piatră, cu o lăţime de un metru, capetele acesteia ieşind în afara celor două ziduri cu cinci metri.

Faţadele monumentului prezintă frize de mozaic alb şi negru, fixate în piatră, ilustrând scene din balada Mioriţa. Pe una din părţi apar cei trei ciobani şi cele trei turme de oi, iar pe cealaltă sunt reprezentate nunta şi moartea ciobanului.

Alături de Miliţa Petraşcu, la mozaicul fântânii a lucrat şi artistul plastic Niculescu Mogoş Gheorghe.

În 2005, fântâna arteziană Mioriţa a fost restaurată şi pusă în funcţiune de către Primăria Capitalei, după doi ani şi jumătate de lucrări.

Fântâna a urmat un drum anevoios până la restaurare, planurile mozaicului în vederea refacerii acestui obiectiv fiind găsite abia în 2003, după doi ani de căutări, în arhivele Muzeului de Istorie a Bucureştiului.