คุ้มเจ้าหลวง เป็นสถาปัตยกรรมสมัยรัชกาลที่ 5 ยุคต้น ซึ่งมีรูปทรงเป็นแบบสถาปัตยกรรมไทยผสมยุโรป หรือทรงขนมปังขิงหลังคามุงด้วยไม้ เรียกว่า "ไม้แป้นเกล็ด" ไม่มีหน้าจั่วเป็นแบบหลังคาเรือนปั้นหยา มีมุขสี่เหลี่ยมยื่นออกมาด้านหน้าของตัวอาคาร หลังคามุขมีรูปทรงสามเหลี่ยม ทั้งปั้นลมและชายคาน้ำรอบตัวอาคารประดับด้วยไม้แกะฉลุสลักลวดลายอย่างสวยงาม เป็นฝีช่างชาวจีนที่มีชื่อเสียงในสมัยนั้น มุขด้านหน้าตัวอาคารแต่เดิมมีบันไดขึ้นลงทั้ง 2 ด้าน คือด้านทิศเหนือและด้านทิศใต้ (ปัจจุบันรื้อออกแล้ว) คงเหลือบันไดขึ้นลงเฉพาะด้านหน้าและด้านหลังเท่านั้น ตัวอาคารสร้างด้วยอิฐถือปูน มี 2 ชั้น ไม่มีการฝังเสาเข็ม แต่ใช้ไม้ซุงท่อน ส่วนใหญ่เป็นไม้แก่น ไม้แดง และไม้เนื้อแข็ง รองรับฐานเสาทั้งหลัง

ภายใต้ตัวอาคารซึ่งสูงจากพื้นดินประมาณ 2 เมตร มีห้องสำหรับเก็บข้าวของเงินทองและทรัพย์สมบัติจำนวน 3 ห้อง ห้องกลางเป็นห้องทึบ ส่วนอีก 2 ห้อง ปีกซ้ายและปีกขวา มีช่องสำหรับใส่เงิน ซึ่งห้องใต้ดินสำหรับเก็บสมบัตินี้มักถูกเข้าใจผิดว่าเป็นคุกที่คุมขังนักโทษ ซึ่งในยุคนั้นมีคุกที่ขังนักโทษแยกต่างหากอยู่แล้ว (อยู่ระหว่างศาลากลางกับศาลจังหวัด) ส่วนเครื่องจองจำนักโทษที่จัดแสดงในห้องเพิ่งนำเข้ามาจัดแสดงเมื่อเปลี่ยนเป็นพิพิธภัณฑ์[3][4]