水库枢纽工程由大坝、溢洪道、灌溉输水涵等建筑物组成。大坝为粘土心墙代料坝，全长88米，坝顶高程10.3m（相对高程，下同），坝顶宽3.5米，最大坝高10.3米，大坝上游坡比为1：2.27，无护坡，下游坡比为1：2.29，为草皮护坡。
溢洪道为开敞式，布置在大坝的西侧与山岗之间，堰型为开敞式宽顶堰，堰顶高程7.4m，底宽7.8m，无消能设施。
灌溉输水涵位于大坝右岸，为浆砌块石方形涵管，过水断面0.8×1.0m，壁厚0.4米，管长44.0米。设计最大输水量0.47m3/s。进口底部高程2.6m，进口设有斜拉式活塞1×φ0.35m，闸门一台，配一台螺杆式启闭机，手动操作。
根据国家《防洪标准》（GB50201-94）和《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）的规定，同盟水库为小（二）型水库，其工程等级为Ⅴ等，主要建筑物为5级。
