En ese contexto, Gaudí recibió el encargo de construir una casa señorial de parte de Pedro Milá y Camps, un rico empresario cuyo padre, Pedro Milá y Pi, había forjado su fortuna en la industria textil. Milà amplió el negocio familiar y diversificó los sectores donde probó fortuna, siendo por ejemplo el promotor de la plaza de toros La Monumental. También se dedicó a la política, y fue diputado por parte de Solidaridad Catalana. El señor Milà estaba casado con Rosario Segimon, viuda de José Guardiola Grau, un indiano enriquecido en América con plantaciones de café, cuya fortuna heredó su mujer. Así pues, la pareja gozaba de una privilegiada posición, hecho que quisieron plasmar en una casa de diseño innovador y gran lujo de detalles. Para ello compraron el solar del paseo de Gracia en 1905, y encargaron el proyecto a Gaudí, entonces un arquitecto de gran renombre, que en aquella época trabajaba en diversos proyectos a la vez: el Templo Expiatorio de la Sagrada Familia (1883-1926), la Torre Bellesguard (1900-1909), el parque Güell (1900-1914), la Casa Batlló (1904-1906) y la restauración de la Catedral de Mallorca (1903-1914).[8]​.

El proyecto de Milà era construir un edificio de grandes dimensiones, destinar el piso principal para su propia residencia y el resto en régimen de alquiler, algo habitual en la época. Asimismo, la planta baja, en su parte exterior, fue destinada a tiendas, siendo la primera una sastrería "Sastre (oficio)") abierta en 1928.[9]​ El 2 de febrero de 1906 se presentaron los planos en el ayuntamiento y se solicitó el permiso de obras. La construcción sufrió diversos retrasos, ya que el edificio superó en altura y anchura a lo establecido en las ordenanzas municipales, por lo que se impuso al señor Milà varias multas. Además, Gaudí abandonó la dirección de la obra en 1909 por divergencias con los Milà respecto a la decoración interior. La relación entre Gaudí y Milà se enfrió, y el arquitecto tuvo que llevar a juicio al promotor para cobrar sus honorarios (105 000 pesetas), que donó a los jesuitas.[10]​ Para hacer frente al pago, el señor Milà tuvo que hipotecar la casa.[11]​.

Desde el punto de vista administrativo también provocó alguna polémica cuando en diciembre de 1907 el Ayuntamiento detuvo las obras porque un pilar ocupaba una parte de la acera sin respetar el alineamiento de las fachadas. Al serle comunicada la noticia a Gaudí, este respondió con su estilo irónico habitual:.

Sin embargo, la suspensión de las obras no fue respetada y Gaudí continuó con su labor. El 28 de septiembre de 1909 se le abrió un nuevo expediente porque superaba la altura prevista y excedía el volumen construido en unos 4000 m³.[13]​ El ayuntamiento reclamaba una multa de 100 000 pesetas (aproximadamente el 25 % del coste de la obra) o derribar el desván y la azotea. La polémica se solucionó un año y medio más tarde, el 28 de diciembre de 1909, cuando la Comisión del Ensanche certificó que se trataba de un edificio monumental y no se requería que se ajustara estrictamente a las ordenanzas municipales.[14]​.

Tal solución satisfizo enormemente a Gaudí, que pidió una copia de la resolución para conservarla. Por último, en 1910 los Milà pidieron permiso al ayuntamiento para el alquiler de las viviendas del edificio, pero no fue concedido hasta octubre de 1912, cuando Gaudí certificó la finalización de las obras.[16]​.

El proceso de construcción fue relatado años después al historiador Joan Bassegoda por el constructor, Josep Bayó: primero se derribó parcialmente el anterior chalet, dejando una parte de la estructura como barraca de obras, donde los ayudantes de Gaudí pasaban a limpio los croquis que les iba dando el arquitecto; luego se rebajó el terreno en 4 metros, hasta la profundidad necesaria para el sótano; al cubrirse este, se pasó allí el taller de la obra, y se derribó el resto del chalet. Los cimientos se hicieron con hormigón de grava de piedra de Montjuïc "Montjuic (Barcelona)") mezclada con mortero de cal, sobre los que se levantaron los pilares, algunos de hierro colado y otros de ladrillo —para lo que se aprovecharon los ladrillos del anterior chalet—. Una vez terminado el sótano se procedió con la construcción del resto de pisos, mientras que se fue proyectando la fachada —que es autosustentante e independiente del resto del edificio—, a través de unas maquetas de yeso que modelaba el yesero Joan Bertran bajo la supervisión directa de Gaudí; esta maqueta fue posteriormente troceada y llevada como modelo a la obra, donde los picapedreros seguían fielmente su estructura. En todos los pisos se utilizó un sistema de jácenas y vigas de hierro dispuestas en forma de bóveda catalana, unidas mediante roblones y tornillos, sin necesidad de soldaduras. La fachada fue cubierta de piedras formando arcos de forma ondulada, que luego fueron retocadas por los picapedreros hasta conseguir la forma deseada por Gaudí. Por último, se realizó el desván, diseñado de forma independiente al resto del edificio, con un sistema de arcos catenarios de ladrillo, y por encima se situó la azotea, de forma escalonada dado las diferentes alturas de los arcos del desván.[17]​.

Su propietario lo presentó al Concurso anual de edificios artísticos del Ayuntamiento de Barcelona, donde aquel año optaban dos obras de Enric Sagnier (calle de Mallorca, 264 y Córcega con Diagonal "Avenida Diagonal (Barcelona)")), la Casa Gustà, que era una vivienda particular del arquitecto Jaume Gustà, y la Casa Pérez Samanillo, obra de Joan Josep Hervàs. Aunque la más espectacular y claramente favorita era la Casa Milà, el jurado la descartó manifestando que «a pesar de estar terminadas las fachadas, falta mucho para que esté totalmente completada, ultimada y en perfecto estado de apreciación». La ganadora de 1910 fue la de Pérez Samanillo, actual sede del Círculo Ecuestre.[18]​.

Durante la guerra civil española la Pedrera fue ocupada por el PSUC, cuyo secretario general, Joan Comorera, se instaló en el piso principal. Los Milà, que estaban veraneando en Blanes al estallido de la contienda, se pasaron al bando sublevado, y volvieron a su casa una vez terminada la guerra. En 1940 falleció Pedro Milá, y pocos años después, en 1946, su mujer vendió el inmueble a la Inmobiliaria CIPSA (Compañía Inmobiliaria Provenza, S. A.), si bien siguió viviendo en su piso hasta su fallecimiento en 1964.[19]​.

La Pedrera ha sufrido diversas vicisitudes: en 1927 Rosario Segimon ordenó al constructor Josep Bayó la remodelación del interior del piso principal, y se perdió la decoración efectuada por Gaudí; en 1932 se transformaron las carboneras en tiendas, eliminando las rejas de hierro que separaban el semisótano y la calle;[nota 3]​ en 1954 la Inmobiliaria CIPSA construyó trece apartamentos en el desván, a cargo del arquitecto Francisco Juan Barba Corsini; en 1966 se transformó la planta noble en oficinas, con la firma de Leopoldo Gil Nebot; entre 1971 y 1975 se efectuó una primera restauración a cargo de José Antonio Comas de Mendoza. En 1986 lo adquirió la Caixa de Catalunya, que ha efectuado continuadas obras de conservación y restauración (1987-1996, a cargo de José Emilio Hernández Cros y Rafael Villa) y la mantiene abierta al público para su visita, para lo que se puede entrar en las viviendas de la planta cuarta, el desván y la terraza. Las demás plantas están ocupadas por oficinas o todavía por algunas familias residentes.[20]​.

La Casa Milà fue declarada Monumento Histórico-Artístico de Carácter Nacional en 1969, y en 1984 la Unesco la incluyó dentro del Lugar Patrimonio de la Humanidad Obras de Antoni Gaudí, junto con el Palacio Güell, el parque Güell y la cripta de la Colonia Güell.[21]​.

En ese contexto, Gaudí recibió el encargo de construir una casa señorial de parte de Pedro Milá y Camps, un rico empresario cuyo padre, Pedro Milá y Pi, había forjado su fortuna en la industria textil. Milà amplió el negocio familiar y diversificó los sectores donde probó fortuna, siendo por ejemplo el promotor de la plaza de toros La Monumental. También se dedicó a la política, y fue diputado por parte de Solidaridad Catalana. El señor Milà estaba casado con Rosario Segimon, viuda de José Guardiola Grau, un indiano enriquecido en América con plantaciones de café, cuya fortuna heredó su mujer. Así pues, la pareja gozaba de una privilegiada posición, hecho que quisieron plasmar en una casa de diseño innovador y gran lujo de detalles. Para ello compraron el solar del paseo de Gracia en 1905, y encargaron el proyecto a Gaudí, entonces un arquitecto de gran renombre, que en aquella época trabajaba en diversos proyectos a la vez: el Templo Expiatorio de la Sagrada Familia (1883-1926), la Torre Bellesguard (1900-1909), el parque Güell (1900-1914), la Casa Batlló (1904-1906) y la restauración de la Catedral de Mallorca (1903-1914).[8]​.

El proyecto de Milà era construir un edificio de grandes dimensiones, destinar el piso principal para su propia residencia y el resto en régimen de alquiler, algo habitual en la época. Asimismo, la planta baja, en su parte exterior, fue destinada a tiendas, siendo la primera una sastrería "Sastre (oficio)") abierta en 1928.[9]​ El 2 de febrero de 1906 se presentaron los planos en el ayuntamiento y se solicitó el permiso de obras. La construcción sufrió diversos retrasos, ya que el edificio superó en altura y anchura a lo establecido en las ordenanzas municipales, por lo que se impuso al señor Milà varias multas. Además, Gaudí abandonó la dirección de la obra en 1909 por divergencias con los Milà respecto a la decoración interior. La relación entre Gaudí y Milà se enfrió, y el arquitecto tuvo que llevar a juicio al promotor para cobrar sus honorarios (105 000 pesetas), que donó a los jesuitas.[10]​ Para hacer frente al pago, el señor Milà tuvo que hipotecar la casa.[11]​.

Desde el punto de vista administrativo también provocó alguna polémica cuando en diciembre de 1907 el Ayuntamiento detuvo las obras porque un pilar ocupaba una parte de la acera sin respetar el alineamiento de las fachadas. Al serle comunicada la noticia a Gaudí, este respondió con su estilo irónico habitual:.

Sin embargo, la suspensión de las obras no fue respetada y Gaudí continuó con su labor. El 28 de septiembre de 1909 se le abrió un nuevo expediente porque superaba la altura prevista y excedía el volumen construido en unos 4000 m³.[13]​ El ayuntamiento reclamaba una multa de 100 000 pesetas (aproximadamente el 25 % del coste de la obra) o derribar el desván y la azotea. La polémica se solucionó un año y medio más tarde, el 28 de diciembre de 1909, cuando la Comisión del Ensanche certificó que se trataba de un edificio monumental y no se requería que se ajustara estrictamente a las ordenanzas municipales.[14]​.

Tal solución satisfizo enormemente a Gaudí, que pidió una copia de la resolución para conservarla. Por último, en 1910 los Milà pidieron permiso al ayuntamiento para el alquiler de las viviendas del edificio, pero no fue concedido hasta octubre de 1912, cuando Gaudí certificó la finalización de las obras.[16]​.

El proceso de construcción fue relatado años después al historiador Joan Bassegoda por el constructor, Josep Bayó: primero se derribó parcialmente el anterior chalet, dejando una parte de la estructura como barraca de obras, donde los ayudantes de Gaudí pasaban a limpio los croquis que les iba dando el arquitecto; luego se rebajó el terreno en 4 metros, hasta la profundidad necesaria para el sótano; al cubrirse este, se pasó allí el taller de la obra, y se derribó el resto del chalet. Los cimientos se hicieron con hormigón de grava de piedra de Montjuïc "Montjuic (Barcelona)") mezclada con mortero de cal, sobre los que se levantaron los pilares, algunos de hierro colado y otros de ladrillo —para lo que se aprovecharon los ladrillos del anterior chalet—. Una vez terminado el sótano se procedió con la construcción del resto de pisos, mientras que se fue proyectando la fachada —que es autosustentante e independiente del resto del edificio—, a través de unas maquetas de yeso que modelaba el yesero Joan Bertran bajo la supervisión directa de Gaudí; esta maqueta fue posteriormente troceada y llevada como modelo a la obra, donde los picapedreros seguían fielmente su estructura. En todos los pisos se utilizó un sistema de jácenas y vigas de hierro dispuestas en forma de bóveda catalana, unidas mediante roblones y tornillos, sin necesidad de soldaduras. La fachada fue cubierta de piedras formando arcos de forma ondulada, que luego fueron retocadas por los picapedreros hasta conseguir la forma deseada por Gaudí. Por último, se realizó el desván, diseñado de forma independiente al resto del edificio, con un sistema de arcos catenarios de ladrillo, y por encima se situó la azotea, de forma escalonada dado las diferentes alturas de los arcos del desván.[17]​.

Su propietario lo presentó al Concurso anual de edificios artísticos del Ayuntamiento de Barcelona, donde aquel año optaban dos obras de Enric Sagnier (calle de Mallorca, 264 y Córcega con Diagonal "Avenida Diagonal (Barcelona)")), la Casa Gustà, que era una vivienda particular del arquitecto Jaume Gustà, y la Casa Pérez Samanillo, obra de Joan Josep Hervàs. Aunque la más espectacular y claramente favorita era la Casa Milà, el jurado la descartó manifestando que «a pesar de estar terminadas las fachadas, falta mucho para que esté totalmente completada, ultimada y en perfecto estado de apreciación». La ganadora de 1910 fue la de Pérez Samanillo, actual sede del Círculo Ecuestre.[18]​.

Durante la guerra civil española la Pedrera fue ocupada por el PSUC, cuyo secretario general, Joan Comorera, se instaló en el piso principal. Los Milà, que estaban veraneando en Blanes al estallido de la contienda, se pasaron al bando sublevado, y volvieron a su casa una vez terminada la guerra. En 1940 falleció Pedro Milá, y pocos años después, en 1946, su mujer vendió el inmueble a la Inmobiliaria CIPSA (Compañía Inmobiliaria Provenza, S. A.), si bien siguió viviendo en su piso hasta su fallecimiento en 1964.[19]​.

La Pedrera ha sufrido diversas vicisitudes: en 1927 Rosario Segimon ordenó al constructor Josep Bayó la remodelación del interior del piso principal, y se perdió la decoración efectuada por Gaudí; en 1932 se transformaron las carboneras en tiendas, eliminando las rejas de hierro que separaban el semisótano y la calle;[nota 3]​ en 1954 la Inmobiliaria CIPSA construyó trece apartamentos en el desván, a cargo del arquitecto Francisco Juan Barba Corsini; en 1966 se transformó la planta noble en oficinas, con la firma de Leopoldo Gil Nebot; entre 1971 y 1975 se efectuó una primera restauración a cargo de José Antonio Comas de Mendoza. En 1986 lo adquirió la Caixa de Catalunya, que ha efectuado continuadas obras de conservación y restauración (1987-1996, a cargo de José Emilio Hernández Cros y Rafael Villa) y la mantiene abierta al público para su visita, para lo que se puede entrar en las viviendas de la planta cuarta, el desván y la terraza. Las demás plantas están ocupadas por oficinas o todavía por algunas familias residentes.[20]​.

La Casa Milà fue declarada Monumento Histórico-Artístico de Carácter Nacional en 1969, y en 1984 la Unesco la incluyó dentro del Lugar Patrimonio de la Humanidad Obras de Antoni Gaudí, junto con el Palacio Güell, el parque Güell y la cripta de la Colonia Güell.[21]​.

La estructura de pisos de la Casa Milà arranca de un sótano destinado a garaje y trastero, al cual se accede desde los vestíbulos de entrada por unas rampas de forma helicoidal "Hélice (geometría)"), que salvan un desnivel de 4,70 metros. Presenta una estructura de 90 columnas de piedra, hierro y ladrillo, que sostienen el edificio. Esta planta contenía además la sala de máquinas para la calefacción, así como diversas zonas de servicios comunes. Los vecinos accedían por unas escaleras auxiliares, contando cada uno con una plaza de garaje y un trastero. Tras una rehabilitación efectuada en 1994, el sótano se convirtió en un auditorio y sala polivalente.[43]​ Entre el sótano y la planta baja se sitúa un semisótano originalmente destinado a carboneras, pero que posteriormente fue ocupado por tiendas, para lo cual se retiraron las rejas de hierro instaladas según el proyecto de Gaudí.[nota 3]​ En este semisótano se situaba igualmente un pequeño túnel que circundaba todo el edificio y donde estaban ubicadas las canalizaciones de servicio, tuberías de gas y cables eléctricos.[44]​.

Los pisos de viviendas fueron diseñados por Gaudí de tal forma que pudiesen amoldarse fácilmente a las necesidades de los inquilinos, ya que al no tener muros de carga los espacios son intercambiables y adaptables. Así, todas las plantas y casi todos los pisos presentan estructuras diferentes, que han ido evolucionando con el paso del tiempo: por ejemplo, el piso principal, la vivienda del matrimonio Milà, fue posteriormente una oficina, luego un bingo y actualmente es una sala de exposiciones. Esta vivienda, la principal del edificio, tenía 1323 m², con accesos tanto por el paseo de Gracia como por la calle de Provenza, a través de ascensor o de dos amplias escalinatas que parten del vestíbulo de entrada. Contaba con más 35 espacios de uso diverso, entre los que destacan el recibidor, un oratorio "Oratorio (religión)"), una sala de recepción, el despacho del Sr. Milà, el comedor y el dormitorio principal; algunas habitaciones recibían nombres especiales, como la «sala morada» o la «sala china».[45]​ Cabe destacar los diferentes pavimentos proyectados por Gaudí según su función: placas de piedra de La Cenia "Cenia (Tarragona)") para corredores y vestíbulos, parqué para salones y habitaciones, y baldosas hidráulicas para cocinas y baños.[46]​.

La decoración de la vivienda principal fue una de las más lujosas y detalladas del edificio, a cargo de Josep Maria Jujol, quien diseñó el mobiliario y diversos elementos decorativos, así como algunos detalles en relieve "Relieve (arte)") en columnas y techos, siempre bajo la supervisión de Gaudí. Destaca un pilar con la inscripción latina charitas (caridad), junto a las palabras en catalán perdona (perdona) y oblida (olvida), envueltas de diversos elementos, como una rosa, una cruz, un alevín de pez, una medusa "Medusa (animal)"), una flor de loto "Lotus (planta)"), un huevo "Huevo (biología)") y una M (de María) coronada; asimismo, la i de oblida tiene forma de espermatozoide. En la misma columna, más abajo, se lee tot lo bé creu («todo el bien cree»), y en la o de lo aparece una concha.[nota 9]​ En otra columna aparece un laúd, en otra un arpa, y en otra una paloma mensajera y una mesa dispuesta para un banquete.[47]​ En los cielos rasos y las molduras, elaborados en yeso, Jujol realizó varios diseños abstractos o de inspiración naturalista —como ondulaciones marinas—, así como diversas figuras, símbolos e inscripciones, como la M de María, la frase encara som lliures («todavía somos libres») o varios versos de poemas y canciones populares catalanas.[nota 10]​ A la propietaria, Rosario Segimon, no le gustaba esta decoración, por lo que la mandó tapar con yeso tras la muerte de Gaudí, en 1926.[48]​.

El resto de viviendas, destinadas a alquiler, fueron proyectas por Gaudí con el mismo esmero, por lo que cuidó hasta el último detalle e intervino en numerosos casos en elementos decorativos y mobiliario. Por lo general, los salones y dormitorios de cada vivienda dan a la calle, mientras que las zonas de servicio se orientan a los patios interiores. En la primera planta existen tres viviendas de unos 440 m² cada una; en la segunda y tercera se sitúan cuatro viviendas, una que da al paseo de Gracia, otra al chaflán y dos a la calle de Provenza; y en la cuarta hay tres viviendas, una que ocupa la zona del paseo de Gracia y el chaflán, y dos correspondientes a la calle de Provenza. Gaudí incluyó para todas ellas todos los adelantos y comodidades para la época, como luz eléctrica, calefacción y agua caliente; además, cada vivienda tenía una plaza de garaje y un trastero en el sótano y un lavadero en el desván. El arquitecto cuidó al máximo todos los detalles, especialmente puertas y ventanas, diseñadas con un estilo ornamental plenamente modernista, tal como dictaban los cánones estilísticos de la época. Por lo general, estos diseños tenían inspiración orgánica, como gotas de agua, remolinos, medusas, estrellas de mar, algas y flores. Otro elemento destacado son las molduras de yeso en los marcos de las puertas y en los arcos interiores de las viviendas, con diversos diseños originales con formas orgánicas o abstractas. Gaudí incluso diseñó los picaportes de las puertas, realizados en bronce con diseños nuevamente innovadores y originales, con formas casi escultóricas. También elaboró numerosos diseños de mobiliario, algunos de los cuales se pueden ver en el piso de muestra del edificio.[49]​.

La última planta es el desván, que Gaudí concibió de forma independiente al resto del edificio, con una original estructura a la vez plástica y funcional. Esta planta, de 800 m², albergaba los lavaderos y otras zonas de servicios, y actuaba a la vez como regulador térmico, aislando el edificio de las temperaturas extremas, tanto de invierno como de verano. Para ello, el arquitecto se inspiró en la típica buhardilla de la masía catalana, pero con un nuevo diseño basado en arcos "Arco (construcción)") parabólicos "Parábola (matemática)"),[nota 11]​ que en una sucesión de 270 arcos de ladrillo crean una estructura autosustentante que no necesita columnas ni muros de carga, y que consiguen un espacio diáfano que crea un corredor a todo lo largo del edificio. Estos arcos se unen en el techo en una especie de espina dorsal que recuerda el esqueleto de algún animal o la estructura de un barco dispuesta al revés. En su parte exterior, este desván se sitúa unos metros más adentro que la línea de la fachada, y está surcado por dos líneas de pequeñas ventanas, las inferiores un poco más grandes que las superiores. En el espacio entre el desván y la fachada se halla un estrecho paso de ronda que circunvala el edificio, en cuyo recorrido se encuentran cuatro pequeñas cúpulas de perfil parabólico. El desván fue remodelado en 1953 por el arquitecto Francisco Barba Corsini, que creó trece apartamentos de alquiler, de estética moderna y alejados del proyecto gaudiniano. Sin embargo, tras la adquisición del edificio por Caixa Catalunya, en 1996 fue restaurado, devolviéndole el diseño original elaborado por Gaudí, y actualmente acoge el Espai Gaudí (Espacio Gaudí), una exposición sobre la vida y obra del arquitecto, con maquetas y material audiovisual de las principales innovaciones realizadas por el arquitecto catalán.[50]​.

El filósofo y escritor Josep Maria Carandell ofrece en su obra La Pedrera, cosmos de Gaudí una interpretación simbólica de la azotea de la Casa Milà basada en conceptos religiosos, cosmogónicos y literarios. Para este autor, la azotea sería un auto sacramental (una obra dramática en celebración del Corpus Christi), una escenificación del origen de la vida y la familia sublimado por la revelación divina. Según esta hipótesis, el carácter teatral de la terraza estaría originado por dos obras dramáticas, La vida es sueño de Pedro Calderón de la Barca —como en el vestíbulo del edificio—[nota 8]​ y el Hamlet de William Shakespeare, mientras que tendría continuidad igualmente la presencia de Las metamorfosis de Ovidio, por el aspecto cambiante y sinuoso de la azotea. En Cataluña, es tradicional la presencia en las procesiones de Corpus de gigantes y cabezudos, o figuras animales como dragones y víboras, y esa sería la intención de Gaudí para la azotea de la Pedrera. Así, las salidas de escalera serían gigantes, cada uno de los cuales asumiría un papel en el auto sacramental: los principales, situados en el chaflán, serían los Padres, con forma de dragón enroscado en sí mismo, siendo el de la derecha la Madre, que es a la vez la madre naturaleza, la madre de familia y la personificación de la Virgen María "María (madre de Jesús)") y, alegóricamente, de la Vida, mientras que el de la izquierda es el Padre, identificado con Dios Creador y como alegoría del Poder;[nota 12]​ los otros serían los hijos, en dos parejas, simbolizadas por las ventanillas colocadas a sus pies de forma triangular hacia arriba las masculinas y hacia abajo las femeninas, siendo el del paseo de Gracia el «hijo guerrero», el bueno y heroico, que se corresponde con San Miguel (o San Jorge), o bien con Segismundo, el protagonista de La vida es sueño, mientras que en última instancia sería Jesús y, alegóricamente, la Sabiduría; el que da al patio de vecinos es el «hijo escéptico», evidenciado por encontrarse desnudo (no tiene el revestimiento de trencadís que tienen las otras figuras), y que correspondería con Hamlet, el personaje dubitativo e irresoluto; su equivalente, igualmente desvestida, es la «hija loca», que se corresponde con la Ofelia shakespeariana o la Rosaura calderoniana; y la de la calle de Provenza es la «hija sensata», cuyas virtudes asume Estrella, la infanta de La vida es sueño, como alegoría del Amor y el Espíritu Santo (como se demuestra por su forma de tres palomas entrelazadas). Por último, las dos torres de ventilación las identifica Carandell con el rey y la reina, siendo el primero la que tiene forma de máscara, que correspondería al Claudio de la obra de Shakespeare o al Basilio de la de Calderón; y la segunda, con forma de copa, sería Gertrudis, la madre de Hamlet, la reina adúltera, que personificaría la Lascivia —de ahí las aberturas en forma de matriz femenina—.[58]​.

La estructura de pisos de la Casa Milà arranca de un sótano destinado a garaje y trastero, al cual se accede desde los vestíbulos de entrada por unas rampas de forma helicoidal "Hélice (geometría)"), que salvan un desnivel de 4,70 metros. Presenta una estructura de 90 columnas de piedra, hierro y ladrillo, que sostienen el edificio. Esta planta contenía además la sala de máquinas para la calefacción, así como diversas zonas de servicios comunes. Los vecinos accedían por unas escaleras auxiliares, contando cada uno con una plaza de garaje y un trastero. Tras una rehabilitación efectuada en 1994, el sótano se convirtió en un auditorio y sala polivalente.[43]​ Entre el sótano y la planta baja se sitúa un semisótano originalmente destinado a carboneras, pero que posteriormente fue ocupado por tiendas, para lo cual se retiraron las rejas de hierro instaladas según el proyecto de Gaudí.[nota 3]​ En este semisótano se situaba igualmente un pequeño túnel que circundaba todo el edificio y donde estaban ubicadas las canalizaciones de servicio, tuberías de gas y cables eléctricos.[44]​.

Los pisos de viviendas fueron diseñados por Gaudí de tal forma que pudiesen amoldarse fácilmente a las necesidades de los inquilinos, ya que al no tener muros de carga los espacios son intercambiables y adaptables. Así, todas las plantas y casi todos los pisos presentan estructuras diferentes, que han ido evolucionando con el paso del tiempo: por ejemplo, el piso principal, la vivienda del matrimonio Milà, fue posteriormente una oficina, luego un bingo y actualmente es una sala de exposiciones. Esta vivienda, la principal del edificio, tenía 1323 m², con accesos tanto por el paseo de Gracia como por la calle de Provenza, a través de ascensor o de dos amplias escalinatas que parten del vestíbulo de entrada. Contaba con más 35 espacios de uso diverso, entre los que destacan el recibidor, un oratorio "Oratorio (religión)"), una sala de recepción, el despacho del Sr. Milà, el comedor y el dormitorio principal; algunas habitaciones recibían nombres especiales, como la «sala morada» o la «sala china».[45]​ Cabe destacar los diferentes pavimentos proyectados por Gaudí según su función: placas de piedra de La Cenia "Cenia (Tarragona)") para corredores y vestíbulos, parqué para salones y habitaciones, y baldosas hidráulicas para cocinas y baños.[46]​.

La decoración de la vivienda principal fue una de las más lujosas y detalladas del edificio, a cargo de Josep Maria Jujol, quien diseñó el mobiliario y diversos elementos decorativos, así como algunos detalles en relieve "Relieve (arte)") en columnas y techos, siempre bajo la supervisión de Gaudí. Destaca un pilar con la inscripción latina charitas (caridad), junto a las palabras en catalán perdona (perdona) y oblida (olvida), envueltas de diversos elementos, como una rosa, una cruz, un alevín de pez, una medusa "Medusa (animal)"), una flor de loto "Lotus (planta)"), un huevo "Huevo (biología)") y una M (de María) coronada; asimismo, la i de oblida tiene forma de espermatozoide. En la misma columna, más abajo, se lee tot lo bé creu («todo el bien cree»), y en la o de lo aparece una concha.[nota 9]​ En otra columna aparece un laúd, en otra un arpa, y en otra una paloma mensajera y una mesa dispuesta para un banquete.[47]​ En los cielos rasos y las molduras, elaborados en yeso, Jujol realizó varios diseños abstractos o de inspiración naturalista —como ondulaciones marinas—, así como diversas figuras, símbolos e inscripciones, como la M de María, la frase encara som lliures («todavía somos libres») o varios versos de poemas y canciones populares catalanas.[nota 10]​ A la propietaria, Rosario Segimon, no le gustaba esta decoración, por lo que la mandó tapar con yeso tras la muerte de Gaudí, en 1926.[48]​.

El resto de viviendas, destinadas a alquiler, fueron proyectas por Gaudí con el mismo esmero, por lo que cuidó hasta el último detalle e intervino en numerosos casos en elementos decorativos y mobiliario. Por lo general, los salones y dormitorios de cada vivienda dan a la calle, mientras que las zonas de servicio se orientan a los patios interiores. En la primera planta existen tres viviendas de unos 440 m² cada una; en la segunda y tercera se sitúan cuatro viviendas, una que da al paseo de Gracia, otra al chaflán y dos a la calle de Provenza; y en la cuarta hay tres viviendas, una que ocupa la zona del paseo de Gracia y el chaflán, y dos correspondientes a la calle de Provenza. Gaudí incluyó para todas ellas todos los adelantos y comodidades para la época, como luz eléctrica, calefacción y agua caliente; además, cada vivienda tenía una plaza de garaje y un trastero en el sótano y un lavadero en el desván. El arquitecto cuidó al máximo todos los detalles, especialmente puertas y ventanas, diseñadas con un estilo ornamental plenamente modernista, tal como dictaban los cánones estilísticos de la época. Por lo general, estos diseños tenían inspiración orgánica, como gotas de agua, remolinos, medusas, estrellas de mar, algas y flores. Otro elemento destacado son las molduras de yeso en los marcos de las puertas y en los arcos interiores de las viviendas, con diversos diseños originales con formas orgánicas o abstractas. Gaudí incluso diseñó los picaportes de las puertas, realizados en bronce con diseños nuevamente innovadores y originales, con formas casi escultóricas. También elaboró numerosos diseños de mobiliario, algunos de los cuales se pueden ver en el piso de muestra del edificio.[49]​.

La última planta es el desván, que Gaudí concibió de forma independiente al resto del edificio, con una original estructura a la vez plástica y funcional. Esta planta, de 800 m², albergaba los lavaderos y otras zonas de servicios, y actuaba a la vez como regulador térmico, aislando el edificio de las temperaturas extremas, tanto de invierno como de verano. Para ello, el arquitecto se inspiró en la típica buhardilla de la masía catalana, pero con un nuevo diseño basado en arcos "Arco (construcción)") parabólicos "Parábola (matemática)"),[nota 11]​ que en una sucesión de 270 arcos de ladrillo crean una estructura autosustentante que no necesita columnas ni muros de carga, y que consiguen un espacio diáfano que crea un corredor a todo lo largo del edificio. Estos arcos se unen en el techo en una especie de espina dorsal que recuerda el esqueleto de algún animal o la estructura de un barco dispuesta al revés. En su parte exterior, este desván se sitúa unos metros más adentro que la línea de la fachada, y está surcado por dos líneas de pequeñas ventanas, las inferiores un poco más grandes que las superiores. En el espacio entre el desván y la fachada se halla un estrecho paso de ronda que circunvala el edificio, en cuyo recorrido se encuentran cuatro pequeñas cúpulas de perfil parabólico. El desván fue remodelado en 1953 por el arquitecto Francisco Barba Corsini, que creó trece apartamentos de alquiler, de estética moderna y alejados del proyecto gaudiniano. Sin embargo, tras la adquisición del edificio por Caixa Catalunya, en 1996 fue restaurado, devolviéndole el diseño original elaborado por Gaudí, y actualmente acoge el Espai Gaudí (Espacio Gaudí), una exposición sobre la vida y obra del arquitecto, con maquetas y material audiovisual de las principales innovaciones realizadas por el arquitecto catalán.[50]​.

El filósofo y escritor Josep Maria Carandell ofrece en su obra La Pedrera, cosmos de Gaudí una interpretación simbólica de la azotea de la Casa Milà basada en conceptos religiosos, cosmogónicos y literarios. Para este autor, la azotea sería un auto sacramental (una obra dramática en celebración del Corpus Christi), una escenificación del origen de la vida y la familia sublimado por la revelación divina. Según esta hipótesis, el carácter teatral de la terraza estaría originado por dos obras dramáticas, La vida es sueño de Pedro Calderón de la Barca —como en el vestíbulo del edificio—[nota 8]​ y el Hamlet de William Shakespeare, mientras que tendría continuidad igualmente la presencia de Las metamorfosis de Ovidio, por el aspecto cambiante y sinuoso de la azotea. En Cataluña, es tradicional la presencia en las procesiones de Corpus de gigantes y cabezudos, o figuras animales como dragones y víboras, y esa sería la intención de Gaudí para la azotea de la Pedrera. Así, las salidas de escalera serían gigantes, cada uno de los cuales asumiría un papel en el auto sacramental: los principales, situados en el chaflán, serían los Padres, con forma de dragón enroscado en sí mismo, siendo el de la derecha la Madre, que es a la vez la madre naturaleza, la madre de familia y la personificación de la Virgen María "María (madre de Jesús)") y, alegóricamente, de la Vida, mientras que el de la izquierda es el Padre, identificado con Dios Creador y como alegoría del Poder;[nota 12]​ los otros serían los hijos, en dos parejas, simbolizadas por las ventanillas colocadas a sus pies de forma triangular hacia arriba las masculinas y hacia abajo las femeninas, siendo el del paseo de Gracia el «hijo guerrero», el bueno y heroico, que se corresponde con San Miguel (o San Jorge), o bien con Segismundo, el protagonista de La vida es sueño, mientras que en última instancia sería Jesús y, alegóricamente, la Sabiduría; el que da al patio de vecinos es el «hijo escéptico», evidenciado por encontrarse desnudo (no tiene el revestimiento de trencadís que tienen las otras figuras), y que correspondería con Hamlet, el personaje dubitativo e irresoluto; su equivalente, igualmente desvestida, es la «hija loca», que se corresponde con la Ofelia shakespeariana o la Rosaura calderoniana; y la de la calle de Provenza es la «hija sensata», cuyas virtudes asume Estrella, la infanta de La vida es sueño, como alegoría del Amor y el Espíritu Santo (como se demuestra por su forma de tres palomas entrelazadas). Por último, las dos torres de ventilación las identifica Carandell con el rey y la reina, siendo el primero la que tiene forma de máscara, que correspondería al Claudio de la obra de Shakespeare o al Basilio de la de Calderón; y la segunda, con forma de copa, sería Gertrudis, la madre de Hamlet, la reina adúltera, que personificaría la Lascivia —de ahí las aberturas en forma de matriz femenina—.[58]​.