Ломоносов становится владельцем этого огромного участка на правом берегу реки Мойки в первой половине 1756 го да. 15 июня академик получил из Главной полицмейстерской канцелярии разрешение на постройку каменного дома «на шести погорелых местах в Адмиралтейской части».
Подобное землевладение позволило Ломоносову, как позже он сам писал, «обзавестись собственным домом в центре Петербурга, поместительным, устроенным по моему вкусу, с садом и лабораториею». Михаила Васильевича не испугало требование построить особняк в течение пяти лет, наоборот, он со своей супругой и дочерью поселился в своем долгожданном семейном доме ровно через год. К этому времени здесь все уже было им построено, отлажено и благоустроено. На прекрасном рисунке талантливого русского рисовальщика и гравера, великого мастера перспективного, архитектурного пейзажа и видов Санкт-Петербурга Михаила Ивановича Махаева с натуры прекрасно изображен дом М. В. Ломоносова, самое большое здание, в пятнадцать окон, в два этажа, с мезонином, с конюшенным и кухонным флигелями, отделенными воротами от основного дома. Со стороны Почтамтской улицы были видны здание мозаичной мастерской академика и солидный, протяженный каменный забор. На участке вблизи усадебного дома Михаил Васильевич разбил фруктовый сад и сам за ним постоянно ухаживал. Ломоносов даже успел обустроить на берегу Мойки деревянную набережную с красивой балюстрадой и соорудил пристань для речных судов.
Рисунки и гравюры М. И. Махаева всегда отличались исключительной точностью, поэтому его изображению дома Ломоносова на Мойке с примыкающими к нему слева и справа флигелями можно вполне верить. На рисунке объективно демонстрируется, что каменный дом М. В. Ломоносова на правом берегу Мойки в два этажа с мезонином был значительно больше и вместительнее соседних зданий этого квартала. Подобному утверждению вторит и идентичный, сохранившийся в архиве, аксонометрический план Сент-Илера – И. Соколова, выполненный в середине 60-х годов XVIII столетия. На этом историческом плане дом Ломоносова по своим параметрам действительно намного превосходит соседние особняки на Мойке, принадлежавшие князьям Щербатовым и Таракановым. Да и сама площадь земельного надела относится к числу самых обширных территорий из всех близлежащих усадеб.
К сожалению, остается до сих пор неизвестным автор планировки огромной усадьбы русского ученого, архитектурного решения главного здания и флигелей. М. В. Ломоносов в письме к своему приятелю Леонарду Эйлеру от 16 февраля 1765 года об этом умалчивает, но описывает парадную часть ансамбля с позиции опытного архитектора: «…Бог послал мне собственный дом, и я уже восемь лет живу в центре Петербурга в поместительном доме, устроенном по моему вкусу, с садом и лабораторией и делаю в нем по своему благоусмотрению всякие инструменты и эксперименты». Некоторые градостроители и зодчие, выдвигая гипотезу о возможном авторстве проекта усадьбы и дома самого М. В. Ломоносова, его собственного особняка и служебных помещений, подтверждали свои возможные догадки реальными примерами таланта русского ученого в подготовке довольно серьезных строительных проектов по расширению Петербургской Академии наук, его архитектурные эскизы по перестройке Петропавловского собора, проекты научных лабораторий и мастерских. Вполне вероятно, Михаил Васильевич мог сам «по своему вкусу» подготовить строительный проект зданий на дарованном ему обширном земельном наделе.
Проектное задание для любого архитектора оказалось бы довольно сложным: участок оказался обширным и по периметру набережной Мойки, и в глубину квартала. Со стороны Мойки его место сегодня занимает протяженный фасад здания по Большой Морской улице, 61, а в глубину он простирается до Почтамтской улицы. Дом М. В. Ломоносова значителен не только по своим габаритам, но и более наряден. Его углы не рустованы, а оформлены пилястрами. Центральная часть жилого особняка ученого подчеркивалась мезонином. Окна второго этажа каменного здания спланированы как арочные, значительных размеров, по сравнению с окнами боковых частей дома. Карниз мезонина в центре был украшен картушем с вензелем Ломоносова. Слева от главного жилого строения обустроили парадный въезд во двор. На его вершине укрепили такой же картуш с вензелем. Окна боковых частей главного здания разделялись друг от друга лопатками.