El castillo de Belmonte fue concebido desde sus orígenes como un fortaleza-palacio, con un doble propósito. Por un lado, debía responder a las exigencias defensivas del marqués de Villena, que quiso prepararlo para resistir las innovaciones bélicas de su tiempo, en especial el avance de la artillería. Por otro, debía servir como residencia señorial de lujo, reflejo del poder y la ambición de don Juan Pacheco. No en vano, las techumbres gótico-mudéjares y el impresionante bestiario esculpido en piedra rivalizan en riqueza decorativa con los castillos de la realeza, como el de Segovia.

La planta del edificio es sumamente original y se inscribe en lo que se denomina estructura atenazada. Se organiza sobre un triángulo equilátero: en dos de sus lados se levantan cuerpos construidos, mientras que en el tercero se alza la imponente torre del homenaje. Este esquema triangular se transforma en un polígono de nueve lados, reforzado por seis torres dispuestas en los vértices que configuran una estrella de seis puntas. Cada torre alcanza aproximadamente los 22 metros de altura. Esta planta estrellada, única en España y prácticamente sin paralelo en Europa, confiere al castillo un carácter inconfundible.

El recinto principal está protegido por una barrera artillera de gran refinamiento constructivo, que cuenta con cerca de un centenar de puntos de disparo distribuidos en troneras y aspilleras situadas tanto en la parte baja como en la superior. Esta barrera presenta tres accesos principales: la Puerta del Campo, la Puerta de la Villa y la Puerta de los Peregrinos, además de tres baluartes defensivos. Sus troneras a ras de suelo son de cruz y orbe, mientras que las superiores presentan la forma de cruz y palo, adaptadas a la disposición de la artillería.

En el interior sobresalen las magníficas techumbres mudéjares de los salones y galerías, que convierten al castillo en uno de los ejemplos más emblemáticos de la arquitectura palaciega fortificada en España. La estancia de mayor relevancia es la llamada capilla o sala de embajadores, cubierta por un artesonado mudéjar con mocárabes que recuerda a las joyas de la Alhambra de Granada o del palacio de la Aljafería de Zaragoza. En este mismo espacio se encuentra uno de los elementos más singulares del monumento: un bestiario medieval en piedra, atribuido al arquitecto Juan Guas. Se trata de una obra única, ya que no aparece disperso en capiteles como era habitual, sino concentrado en dos ventanas de la sala. En total reúne 59 figuras fantásticas y animales: 20 en la ventana orientada al norte y 29 en la ventana que mira al poniente, lo que lo convierte en un conjunto sin parangón en la escultura gótica española.