Teknillisen korkeakoulun muuttaessa 1960-luvun alussa Helsingistä Espooseen uudesta ylioppilastalosta järjestettiin suunnittelukilpailu. Hankalan kallioisen sijainnin ja tehtävänannossa vaaditun suuren muunneltavuuden vuoksi yksikään ehdotuksista ei täyttänyt kilpailulautakunnan kaikkia vaatimuksia eikä kilpailulle julistettu voittajaa. Reima Pietilä ja Raili Paatelainen (myöh. Pietilä) jakoivat toisen palkinnon Osmo Lapon kanssa ja heitä pyydettiin kehittämään ehdotuksiaan.
Lopulta rakennuksen suunnittelu annettiin Pietilälle ja Paatelaiselle heidän "Luolamiesten häämarssi"-suunnitelmansa pohjalta. Dipolin kustannusarvio oli 680 miljoonaa markkaa, valtava summa ylioppilaskunnalle. Suuri osa hankkeen rahoituksesta kerättiin lahjoituksina, paljolti tukijoilta Suomen teollisuuden johdossa. Rakennustyöt aloitettiin tammikuussa 1965 ja Dipoli otettiin käyttöön syksyllä 1966 TKY:n uutena toimitalona osoitteessa Otakaari 24.
Rakennus suunniteltiin maisemaan mukautuvaksi ja siitä tuli lopulta kokonaistaideteos sisustusta ja kalustusta myöten. Monimuotoinen rakennus istuu ympäristöönsä erinomaisesti. Talossa on yli 300 ikkunaa, joiden pystykarmit kasvavat kuin puut luonnossa. Eteläiselle julkisivulle ovat ominaista voimakkaat räystäät. Reima Pietilän visiossa "lahdekkeina leviävät ja vahvasti ulkonevat kupariräystäät olivat kallionkielekkeitä, joiden suojaan Luolamies rakentaisi alkuasuntonsa."
Dipolin vapaamuotoista, luontoon sulautuvaa arkkitehtuuria sekä ihasteltiin että kritisoitiin sen valmistuessa. Norjalainen kriitikko Christian Norberg-Schulz katsoi sen edustavan paikalliset arvot huomioivaa arkkitehtuuria yleispätevän modernismin sijaan. Juhani Pallasmaa taas katsoi Arkkitehdissä 1967 julkaistussa arviossaan, ettei rakennuksen suunnittelussa ollut noudatettu vastuullisia periaatteita. Reima Pietilä itse totesi Dipolin olevan "hyvän maun vastainen" ja että se "puolustaa oikeutta olla erilainen ja silti arkkitehtuuria". Pietilän mielestä Dipolin tehtävänä olikin herättää keskustelua.
Dipoli oli 1960-luvun alussa poikkeuksellisen vaikea betonirakennuskohde, mutta rakennus oli valmistuessaan myös monessa asiassa aikaansa edellä. Se oli ensimmäinen talo Suomessa, jossa oli koneellinen jäähdytys. Lisäksi saleja erottavat liikuteltavat seinät olivat silloin uusi asia.
Dipolin arkkitehtien Reima Pietilän ja Raili Paatelaisen (myöh. Pietilä) idea lohkareisista seinistä syntyi rakentamisen alkuvaiheen louhintatöistä. ”Kun lohkareita aseteltiin, olimme Amerikassa. Ne jäivät rakentajien järjesteltäväksi. Ehkä ne ovat vähän kootummin kuin olimme ajatelleet”, Raili Pietilä muistelee.
Kaikkiin Dipoliin tehtyihin muutoksiin hän ei ole ollut tyytyväinen. Esimerkiksi talon betoniseinien kevyt maalipinta oli laajalti kehuttu arkkitehtipiireissä.