國際聯盟的主要機構是大會、行政院和秘書處。全體會議由所有成員國的代表組成，每個國家有壹票表決權。行政院由9個國家的代表組成，英、法、美、意、日為常任理事國，其他4個非常任理事國由大會選舉產生，每年更換壹次。每年九月，大會在日內瓦舉行。
國際聯盟大會
國際聯盟大會由所有成員國組成。國際聯盟所有成員國均有權派出最多三名代表出席大會，每個國家有壹票表決權。除非《公約》另有規定，大會的決議必須壹致通過。大會有權處理“任何屬於聯盟行動範圍內或與世界和平有關的事件。”
行政院
行政院是國際聯盟最重要的機構。它最初由五個常任理事國和四個非常任理事國的代表組成。1920年行政院成立時，英、法、意、日為常任理事國，美國沒有批準條約，所以常任席位壹直空缺。德國在1926年成為常任理事國，蘇聯在1934年成為常任理事國。德國和日本退出1933的常任席位，意大利退出1937的常任席位。1939年蘇聯被驅逐。因此，到1939，只有英國和法國仍將是常任理事國。非常任理事國的數目在1922中增加到6個，在1926中增加到9個，在1939中增加到11。除契約另有規定外，行政院之決議必須壹致通過。棄權和爭議各方的投票不計算在內。行政院的職權還包括驅逐國聯成員國、分配委任統治區、在發生侵略時向成員國提議集體軍事行動、任命秘書長等權力。
秘書處
秘書處是國際聯盟的常設機構。在秘書長的領導下，它由大約400名工作人員組成。秘書長由行政院征得國際聯盟大會同意後任命。國際聯盟秘書長有三位:1920-1933，英國詹姆斯·埃裏克·德拉蒙德爵士；1933 —1940約瑟阿文諾爾；1940 —1946塞恩·萊斯特愛爾蘭。
常設國際法院
常設國際法院，也稱為常設國際裁決法院，是國際聯盟系統內的壹個自治機構。其職權為審理各國所提案件，並就行政院或大會所提事項提供咨詢意見。法院設在荷蘭海牙，由11名法官(後增至15名)和4名後備法官組成。法官分別由國聯大會及行政院選舉產生，在兩機關均獲得多數票者當選。
國際聯盟的其他附屬機構包括國際勞工組織(勞工組織)、世界衛生組織(衛生組織)、知識合作委員會和難民委員會。