ปราสาทหินพนมรุ้งสร้างขึ้นเนื่องในศาสนาฮินดูลัทธิไศวะ ซึ่งนับถือพระศิวะเป็นเทพเจ้าสูงสุด ดังนั้นเขาพนมรุ้งจึงเปรียบเสมือนเขาไกรลาสที่ประทับของพระศิวะ

องค์ประกอบและแผนผังของปราสาทพนมรุ้งได้รับการออกแบบให้มีลักษณะเป็นแนวเส้นตรง และเน้นความสำคัญเข้าหาจุดศูนย์กลาง นั่นคือปราสาทประธานซึ่งหันหน้าไปทางทิศตะวันออก ด้านขวาของบันไดทางขึ้นสู่ศาสนสถานมีอาคารที่เรียกว่า พลับพลา อาคารนี้อาจจะเป็นอาคารที่เรียกกันในปัจจุบันว่า พลับพลาเปลื้องเครื่อง ซึ่งเป็นที่พักจัดเตรียมองค์ของพระมหากษัตริย์ ก่อนเสด็จเข้าสู่การสักการะเทพเจ้าหรือประกอบพิธีกรรมในบริเวณศาสนสถาน

สะพานนาคราช

ทางเดินสู่ปราสาททั้งสองข้างประดับด้วยเสามียอดคล้ายดอกบัวตูมเรียกว่า เสานางเรียง จำนวนข้างละ 35 ต้น ทอดตัวไปยัง สะพานนาคราช ซึ่งเป็นรูปทรงกากบาทยกพื้นสูง ราวสะพานทำเป็นลำตัวพญานาค 5 เศียร สะพานนาคราชนี้ ตามความเชื่อเป็นทางที่เชื่อมระหว่างโลกมนุษย์กับเทพเจ้า สิ่งที่น่าสนใจคือ จุดกึ่งกลางสะพาน มีภาพจำหลักรูปดอกบัวแปดกลีบ อาจหมายถึงเทพประจำทิศทั้งแปด ในศาสนาฮินดู หรือเป็นจุดที่ผู้มาทำการบูชา ตั้งจิตอธิษฐาน จากสะพานนาคราชชั้นที่ 1 มีบันไดจำนวน 52 ขั้นขึ้นไปยังลานบนยอดเขา

ด้านข้างของทางเดินทางทิศเหนือมีพลับพลาสร้างด้วยศิลาแลง 1 หลัง เรียกกันว่า โรงช้างเผือก สุดสะพานนาคราชเป็นบันไดทางขึ้นสู่ปราสาท ซึ่งทำเป็นชานพักเป็นระยะ ๆ รวม 5 ชั้น สุดบันไดเป็นชานชลาโล่งกว้าง ซึ่งมีทางนำไปสู่สะพานนาคราชหน้าประตูกลางของระเบียงคด อันเป็นเส้นทางหลักที่จะผ่านเข้าสู่ลานชั้นในของปราสาท และจากประตูนี้ยังมีสะพานนาคราชรับอยู่อีกช่วงหนึ่งก่อนถึงปรางค์ประธาน

ที่หน้าซุ้มประตูระเบียงคดทิศตะวันออก มีสะพานนาคราชชั้นที่ 2 ระเบียงคดก่อเป็นห้องยาวต่อเนื่องกัน เป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้ารอบลานปราสาทแต่ไม่สามารถเดินทะลุถึงกันได้ เพราะมีผนังกั้นอยู่เป็นช่วง ๆ มีซุ้มประตูกึ่งกลางของแต่ละด้าน ที่มุมระเบียงคดทำเป็นซุ้มกากบาท ที่หน้าบันของระเบียงคดทิศตะวันออกด้านนอก มีภาพจำหลักรูปฤๅษีซึงหมายถึงพระศิวะในปางที่เป็นผู้รักษาโรคภัยไข้เจ็บ และอาจรวมหมายถึง นเรนทราทิตย์ ผู้ก่อสร้างปราสาทประธานแห่งนี้ด้วย

ตัวปราสาท

ปราสาทประธาน ตั้งอยู่ตรงศูนย์กลางของลานปราสาทชั้นใน มีแผนผังเป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสย่อมุมมณฑป คือห้องโถงรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า เชื่อมอยู่ทางด้านหน้าที่ส่วนประกอบของปรางค์ประธานตั้งแต่ฐานผนังด้านบนและด้านล่าง เสากรอบประตู เสาติดผนัง ทับหลัง หน้าบัน ซุ้มชั้นต่าง ๆ ตลอดจนกลีบขนุน ก่อด้วยหินทรายสีชมพูมีผังเป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสย่อมุมกว้าง 8.20 เมตร สูง 27 เมตร ด้านหน้าทำเป็นมณฑปโดยมีอันตราละหรือฉนวนเชื่อมปราสาทประธานนี้ เชื่อว่า สร้างโดย นเรนทราทิตย์ ซึ่งเป็นผู้นำปกครองชุมชนที่มีปราสาทพนมรุ้งเป็นศูนย์กลาง ราว พุทธศตวรรษที่ 17

ที่บริเวณหน้าบันและทับหลังของปราสาทประธานมีภาพจำหลักแสดงเรื่องราวในศาสนาฮินดู เช่น ศิวนาฏราช (ทรงฟ้อนรำ) ทับหลังนารายณ์บรรทมสินธุ์ อวตารของพระนารายณ์ เช่น พระราม (ในเรื่องรามเกียรติ์) หรือพระกฤษณะ ภาพพิธีกรรม ภาพชีวิตประจำวันของฤๅษีเป็นต้น โดยเฉพาะทับหลังนารายณ์บรรทมสินธุ์ เป็นทับหลังที่ถูกขโมยไปเมื่อราวปี พ.ศ. 2503 และได้กลับคืนมาในปี พ.ศ. 2531

ปรางค์ล้วนสลักลวดลายประดับทั้งลวดลายดอกไม้ ใบไม้ ภาพฤๅษี เทพประจำทิศ ศิวนาฏราช ที่ทับหลังและหน้าบันด้านหน้าปรางค์ประธาน ลักษณะของลวดลายและรายละเอียดอื่น ๆ ช่วยให้กำหนดได้ว่าปรางค์ประธานพร้อมด้วยบันไดทางขึ้นและสะพานนาคราชสร้างขึ้นเมื่อราวพุทธศตวรรษที่ 17 ภายในลานชั้นในด้านตะวันตกเฉียงใต้ มีปรางค์ขนาดเล็ก 1 องค์ ไม่มีหลังคา จากหลักฐานทางศิลปกรรมที่ปรากฏ เช่น ภาพสลักที่หน้าบัน ทับหลัง บอกให้ทราบได้ว่าปรางค์องค์นี้สร้างขึ้นก่อนปรางค์ประธาน มีอายุในราวพุทธศตวรรษที่ 16

ภายในเรือนธาตุตรงกึ่งกลาง เรียกว่า ห้องครรภคฤหะ เป็นที่ประดิษฐานรูปเคารพที่สำคัญที่สุด ในที่นี้คือ ศิวลึงค์ ซึ่งแทนองค์พระศิวะ เป็นที่น่าเสียดายว่า ประติมากรรมชิ้นนี้ได้สูญหายไป เหลือเพียงแต่ ท่อโสมสูตร คือร่องน้ำมนต์ที่ใช้รับน้ำสรงจากการสักการะศิวลึงค์เท่านั้น

ทางเดินด้านทิศตะวันออกเฉียงเหนือ และทิศตะวันตกเฉียงใต้ของปราสาทประธาน มีปราสาทอิฐสององค์และปรางค์น้อย จากหลักฐานทางด้านสถาปัตยกรรมและศิลปกรรม กล่าวได้ว่า ปราสาททั้งสามหลังได้สร้างขึ้นก่อนปราสาทประธานราวพุทธศตวรรษที่ 15 และ 16 ตามลำดับ ส่วนทางด้านหน้าของปราสาทประธาน คือทิศตะวันออกเฉียงเหนือ และทิศตะวันออกเฉียงใต้ มีอาคารสองหลังก่อด้วยศิลาแลง เรียกว่าบรรณาลัย ซึ่งเป็นที่เก็บรักษาคัมภีร์ทางศาสนา ก่อสร้างขึ้นในพุทธศตวรรษที่ 18 ร่วมสมัยเดียวกันกับ โรงช้างเผือก พลับพลาที่สร้างขึ้นด้วยศิลาแลงข้างทางเดินขึ้นสู่ปราสาททางทิศเหนือ

บริเวณรายรอบ

ชุมชนที่เคยตั้งอยู่บริเวณเขาพนมรุ้งเป็นชุมชนขนาดใหญ่ เพราะนอกจากมีบารายหรืออ่างเก็บน้ำ ซึ่งใช้ในพื้นที่ส่วนหนึ่งของปากปล่องภูเขาไฟเดิมเป็นอ่างเก็บน้ำอยู่บนเขาอยู่แล้ว ที่เชิงเขามีบารายอีก 2 สระ คือสระน้ำหนองบัวบารายที่เชิงเขาพนมรุ้ง และสระน้ำโคกเมืองใกล้ปราสาทหินเมืองต่ำ สระน้ำบนพื้นราบเบื้องล่างภูพนมรุ้งนี้รับน้ำมาจากธารน้ำที่ไหลมาจากบนเขา นอกจากนี้ยังมีกุฏิฤๅษีอยู่ 2 หลัง เป็นอโรคยาศาลที่รักษาพยาบาลของชุมชนอยู่เชิงเขาด้วย

บริเวณที่ตั้งของปราสาทพนมรุ้งอาจเคยเป็นที่ตั้งของศาสนพื้นถิ่นมาก่อนที่จะมีการก่อสร้างขึ้นเป็นปราสาท ที่มีความใหญ่โตงดงาม สมกับเป็น กมรเตงชคตวฺนํรุง ผู้เป็นเทพเจ้าแห่งปราสาทพนมรุ้ง อันหมายถึงองค์พระศิวะในศาสนาฮินดูที่กษัตริย์เขมรทรงนับถือ การเปลี่ยนสถานที่เคารพพื้นถิ่นให้เป็นปราสาทตามแบบคติเขมร น่าจะเกี่ยวเนื่องกับ การเปลี่ยนลักษณะการเมืองการปกครอง ที่ผู้นำท้องถิ่นมีความสัมพันธ์กับกษัตริย์เขมรโดยใช้ระบบความเชื่อมทางศาสนา วัฒนธรรมและวัฒนธรรมท้องถิ่น