El palacio se extiende en una planta alargada de este a oeste de unos 60 metros de longitud, bastante estrecha, siendo sus frentes norte y sur, los más alargados.
La construcción del edificio utilizó básicamente el ladrillo y la mampostería, alterados en la actualidad sus paramentos por enlucidos, apertura moderna de vanos y la cornisa que sustituyó a la primitiva coronación fortificada del castillo.
La mitad oriental del palacio alberga las estancias más antiguas que pertenecían al primitivo castillo fortificado, como la Torre del Homenaje; por otro lado, conserva también los elementos más interesantes estilísticamente, pertenecientes a las obras realizadas durante el siglo XV.
La citada torre, conocida como del Volantín, presenta una planta rectangular construida en sillería a excepción del cuerpo superior añadido posteriormente, recorrido por una galería de arquillos de medio punto. Su construcción puede datarse en el último cuarto del siglo XIV, correspondiendo con la Torre del Homenaje del primitivo castillo mandado construir por Pedro III. Se encuentra abierta en el lado oeste de la planta baja mediante un arco apuntado que forma una especie de lonja, mientras que el acceso a la planta alta se realiza de forma independiente a través de una apertura en alto en arco de medio punto en ladrillo, obra del siglo XV.
El acceso al palacio se efectúa en su frente meridional, a través de una puerta que se encuentra protegida por una barbacana con torreones cuadrados, que da acceso a un zaguán en el que encontramos los primeros elementos de interés, ya que se halla cubierto por un alfarje de madera dividido en tres tramos por dos grandes jácenas apoyadas en canes con cabezas resueltas como modillones de rollos de perfil rizado, y cubierto cada tramo por jaldetas. Traspasado el zaguán se accede a la derecha a una escalera de subida a la planta noble, que también se encuentra cubierta por alfarje con jácenas apeadas en canes terminados en lóbulos.
La capilla se encuentra en la parte norte de esta planta, y se destaca de todo el conjunto por la decoración de yeserías que cubre toda la techumbre y el acceso a la misma. La puerta, enmarcada en alfiz, presenta un arco apuntado en la parte superior y uno carpanel en la inferior, configurándose entre ambos un tímpano que alberga dos leones sosteniendo las armas de los Liñán de Calatayud como decoración heráldica. La capilla es una pequeña estancia de planta rectangular y testero achaflanado con objeto de encuadrar el interesante retablo de pintura sobre tabla. El elemento más llamativo se concentra en la techumbre, que tiene forma de artesa, y que presenta toda su superficie cubierta de yeserías talladas, cuya decoración se interrumpe bajo los faldones del techo en una faja decorada con vástagos de vid, hojas y racimos, de grandes proporciones, con enormes bestiones entre el follaje. El resto, los paños del almizate y los faldones, quedan cubiertos con las yeserías nombradas, que combinan motivos ornamentales pertenecientes a la tradición del gótico florido pero conceptualmente planteadas de acuerdo con la tradición mudéjar de motivos repetidos hasta el infinito, configurando un conjunto de enorme interés. Los escudos de los Liñán aparecen también en dos claves de madera dorada y policromada y en el guardapolvo del retablo. Esta capilla en su totalidad parece responder a un único momento constructivo, que tendría lugar en torno a 1470, estando ligado al taller de Calatayud.
La mitad occidental responde a la ampliación del siglo XV, y en la actualidad queda enmascarada por las adiciones efectuadas en la cara sur: posee dos plantas, baja y noble, que albergan salones de gran altura y proporciones, cubiertos con extraordinarios alfarjes de madera sin policromar, semejantes al que cubre el zaguán de acceso al recinto.

Los restos de paños del almizate y los faldones de la capilla, quedan cubiertos con yeserías que combinan motivos ornamentales pertenecientes a la tradición del gótico florido pero conceptualmente planteadas de acuerdo con la tradición mudéjar de motivos repetidos hasta el infinito, configurando un conjunto de enorme interés.