Na sua fundação, a Academia compreendia três classes (Ciências Naturais, Ciências Exactas e Belas-Letras). Mais tarde, em 1851, foi reorganizada em duas (Ciências e Letras).

Actualmente, cada classe tem 35 sócios efectivos, 70 sócios correspondentes nacionais, e até 70 sócios correspondentes estrangeiros. Os membros são escolhidos por mérito em actividades académicas ou científicas. O meticuloso processo de eleição envolve proposta, discussão do curriculum e votação em plenário de efectivos especialmente convocado para o efeito, e em seguida submetido à Presidência para aprovação.

A Classe de Ciências é constituída pelas seguintes sete secções: Matemática, Física, Química, Ciências da Terra e do Espaço, Ciências Biológicas, Ciências Médicas, e Ciências da Engenharia e Outras Ciências Aplicadas.

A Classe de Letras é constituída pelas seguintes secções: Literatura e Estudos Literários, Filologia e Linguística, Filosofia, Psicologia e Ciências da Educação, História e Geografia, Direito e Ciência Política, Economia e Finanças e Sociologia e Outras Ciências Humanas e Sociais.

Os órgãos da Academia são: o Plenário, a Presidência, o Conselho Administrativo e a Secretaria-Geral.

Composto por todos os académicos, o Plenário é o principal corpo de decisões da Academia.

A Presidência é constituída pelo Presidente e Vice-Presidente, cada um pertencente a uma classe diferente da Academia.

O Conselho Administrativo é constituído pelo Presidente, Vice-Presidente, Secretário-Geral, Vice-Secretário-Geral e Tesoureiro, e é responsável pela gestão e orçamento da Academia.

O Secretário-Geral incrementa as decisões do Conselho Administrativo e assegura a continuidade dos serviços, incluindo a administração e comunicação com outras entidades.

A Academia tem dois importantes institutos: o Instituto de Altos Estudos e o Instituto de Lexicologia e Lexicografia da Língua Portuguesa. O primeiro promove estudos avançados em Ciência e Humanidades, e o segundo estimula a preservação e expansão da língua portuguesa. Ambos são abertos também a peritos e cientistas não pertencentes à Academia.