Константин Мельников получил заказ на проект этого гаража, когда уже строился знаменитый гараж для автобусов на Бахметьевской улице, и архитектор регистрировал свой патент на «прямоточную» систему организации движения транспорта. Принцип прямоточного движения, изобретенный Мельниковым был особенно важен для эффективного использования пространства и размещения большого количества автомобилей. Репутация мастера-новатора, автора павильона СССР на выставке декоративного искусства в Париже 1925 года позволила архитектору пойти на очередной эксперимент. Он сделал гараж полукруглой формы, как подкова. Грузовики въезжали в гараж с Новорязанской улицы через торцы здания, выехать грузовики (здесь их могло поместиться сто десять) могли, сделав полукруг внутри гаража. В середине дуги в прямоугольном объеме были расположены мастерские.

Самое необычное пространство оказывается внутри полукруглой части, которая перекрыта металлическими конструкциями, выполненными по проекту знаменитого инженера Владимира Шухова. Стальные фермы опираются только на внешние стены, оставляя пространство гаража полностью свободным.

Как и в большинстве построек Мельникова, здесь металлические конструкции сочетаются с традиционной кирпичной кладкой. Место опоры каждой фермы на стену снаружи усилено ступенчатыми кирпичными кронштейнами. Над ними ленточное окно, опоясывающее сооружение по всей длине. Неоштукатуренные фасады, скатные кровли, радиальная структура постройки говорят о связи здания с другими, более старыми зданиями в стиле "авангард" на улице — вокзалом, паровозным депо, трамвайным (сейчас троллейбусным) парком — классической «краснокирпичной» архитектурой.