El castillo de  Marcuello consta de una gran torre de planta rectangular y los restos de un recinto amurallado.

La torre de tipo donjón, está asentada  sobre la roca,  presenta una planta de 11 por 9 metros, contaba una altura aproximada de 20 metros, y unos muros con un grosor cercano a los 2 metros.

En ella se observan dos fases constructivas. La primera del reinado de Ramiro I, a mediados del siglo XI, cuando se encontraba en Marcuello y Loarre luchando contra las plazas musulmanas de Ayerbe y Bolea, siendo visible en la base, más irregular y tosca. La segunda fase se llevó a cabo en el reinado de Sancho Ramírez a finales del siglo XI con una obra de sillares escuadrados, uniforme y regular.

En la actualidad se conserva el muro oeste, que delata la existencia de cuatro plantas de altura.

El piso inferior debía ser el almacén, con vanos para ventilación. Sobre éste se encontraría el acceso situado en altura; en el muro que queda en pie se abren dos vanos de iluminación abovedados con gran derrame interior, y salida aspillerada al exterior.

Los dos pisos superiores son estrictamente defensivos  con accesos a cadalsos de madera alternados y complementarios, tres en el tercer piso y dos cubriendo el espacio intermedio en la planta superior.

Circundando la torre había un muralla de obra de mampostería, donde se observan restos del lienzo norte, posiblemente contaba con torres en sus ángulos, conformando un espacio rectangular de unos 25 por 30 metros.

La ermita de la Virgen de Marcuello forma parte del conjunto fortificado y está construida en pendiente. Su origen es románico, del siglo XII, aunque fue reformada en el siglo XVII añadiendo dependencias para el ermitaño y los cofrades. Presenta un ábside románico semicircular de bóveda de horno y cripta, generando un semicilindro liso de considerable altura, por lo que da la sensación de ser parte de una muralla. El acceso se realiza mediante un arco de medio punto dovelado, e interiormente presenta una nave rectangular de cinco tramos. La capilla mayor está cubierta por exedra, el resto de la  nave con lunetos y a los pies está situado el coro.

La ermita de San Miguel, construida también en el siglo XII, se encuentra situada unos 200 metros al norte del conjunto fortificado.