La gare est composée d'un bâtiment principal à étage (logement du chef de gare, salle des voyageurs) accolé à un bâtiment secondaire à usage de bureau surmonté d'un comble à surcroît. L'absence de halle à marchandises la distingue des sept autres gares de la ligne. Le quai de déchargement est visible au sud de l'édifice.

Dans l'esprit de la ligne n°7, le style architectural de la gare de Kerhillec est inspiré du mouvement régionaliste néo- breton mais ici l'édifice a été construit à l'économie : les murs sont entièrement enduits, sans pierres de taille de granite pour les rampants des pignons, les corniches et les encadrements de baies. Seuls l'importante pente du toit, les pignons découverts, les hautes souches de cheminées jumelées participent à l'identité stylistique de la ligne ferroviaire.