El conjunto monástico cisterciense de Nuestra Señora de Piedra está protegido en los flancos norte y este por una muralla de mampostería asentada con mortero de cal jalonada intermitentemente por torres de vigilancia de planta semicircular; el acceso se practicó en el extremo noroeste de la muralla bajo un torreón de planta cuadrada de piedra sillar conocido como Torre del Homenaje. Construida en piedra se levanta sobre una planta cuadrada un potente bloque prismático de dos pisos abierto en el piso bajo por un paso que permite el acceso al interior del recinto a través de un arco de medio punto dovelado de mayor altura en la cara opuesta. El piso alto abre en dos de sus caras mediante un arco de medio punto rebajado protegido por un potente matacán que apea en grandes ménsulas de modillones de rollos. Remata la construcción con almenas. En época posterior se dispusieron sobre el arco de entrada varios escudos nobiliarios de piedra.
Una vez en el interior del recinto, observamos que todo el conjunto arquitectónico responde a una ordenación absolutamente regular. Las dependencias se disponen en torno a un claustro de planta sensiblemente cuadrada. Desde este espacio se accedía a las estancias de vivienda y vida diaria de los monjes.

Adosada al muro norte del claustro se levantó la iglesia abacial, de la que apenas se conserva la estructura del cuerpo en tres naves, la cabecera y la portada de acceso; en el extremo nordeste, ya en época barroca, se levantó la torre.

Desde el flanco este del claustro se accede a la sala capitular, a la biblioteca y al scriptorum.

La sala capitular, de estructura similar a la del monasterio de Rueda, constituye la sala mejor conservada. Sala de planta cuadrada de tres naves y tres tramos cada una cubierta por bóveda de crucería sencilla sobre arcos muy apuntados apoyando en cuatro pilares fasciculados en la zona central mientras que los cargas perimetrales transmiten su peso a los muros a través de ménsulas con decoración muy sencilla. Se conservan restos de policromías en los pilares -fustes y capiteles- de elegante traza. El acceso se realiza a través de una puerta ojival flanqueada por sendas ventanas ojivales con parteluz que forma huecos cuyo intradós está decorado con puntas de diamante y encima del parteluz un óculo. La sala también está iluminada gracias a la apertura en la nave central de una ventana de doble arco polilobulado recogida por un arco apuntado que abre en su zona superior con un calado romboidal. Sobre esta sala discurre el dormitorio compuesto de una sala alargada cubierta con bóveda de cañón apuntado sobre arcos fajones.

Desde la galería sur se accedía al refectorio, que consta de tres tramos de bóvedas sexpartitas, con un gran ventanal ojival con parteluz y óculo, y un púlpito de lector gótico, al lavatorio y a las cocinas. El flanco oeste abre a una gran plaza donde se encontraban diversos almacenes y donde se construyó el palacio abacial.

El monasterio, ocupado por la orden cisterciense entre 1218 y 1835, se construyó siguiendo el esquema fijado por la orden, basado en la austeridad y la funcionalidad. El lugar donde se ubicó el monasterio respondía a los requisitos de la orden, de acuerdo a un lugar apto para la soledad alejado del mundo exterior, pero que les permitiera vivir de manera autosuficiente. Por lo general se establecían en el fondo de los valles, disfrutando de soledad y de las ventajas que proporcionaba el encontrarse cerca de una corriente de agua, indispensable para la higiene y las cuestiones sanitarias, así como para la economía del monasterio.

El río Piedra nace a poca distancia del monasterio y antes de entrar en la zona del monasterio se divide en dos ramales, uno que fertiliza la huerta y alimenta lagos y partes bajas, y la otra se derrama en multitud de arroyos que buscando la salida entre accidentes y altibajos del terreno, va saliendo en forma de arroyos, cascadas o saltos más o menos importantes en diferentes lugares y direcciones para concluir finalmente reunidos en el llamado torrente de los Mirlos desde donde toda esta masa de agua se precipita desde la gran cascada llamada Cola de Caballo. Los cauces de las aguas fueron manipulados por la familia Muntadas para conseguir un mayor efectismo aunque se conoce de la belleza del lugar desde el primer asentamiento de los monjes.

La arquitectura debía seguir un esquema determinado por la simplicidad, funcionalidad y perfecta adecuación de todas las partes del conjunto; así como por la austeridad absoluta y la desnudez ornamental que suprime toda decoración figurada.

La estructura del conjunto arquitectónico está determinada por la ordenación de los edificios en torno a un claustro central, de planta sensiblemente cuadrada. Al norte se levanta la iglesia abacial; al este se dispone la sala capitular, la biblioteca y el scriptorum; al sur las cocinas, el refectorio y su lavatorium; al oeste los almacenes.

Las crisis sufridas durante el siglo XIV no permitirán una renovación de las estructuras hasta el siglo XV, cuando comenzarán a acometerse nuevas obras. En el siglo XVI se construye un nuevo claustro, de tres naves que delimitaba un gran patio abierto por uno de sus lados. Sobre las naves se levantaron varios pisos comunicados mediante una monumental escalera de factura renacentista de carácter sobrio y elegante.
En la parte occidental del conjunto de claustro e iglesia se levantan los dos palacios abaciales. El primitivo orienta su fachada hacia poniente con una singular composición de órdenes.

La perfecta regularidad del conjunto arquitectónico rodeado de huertas y pastos, contrasta con el entorno abrupto de roca y saltos de agua, que primitivamente presentaría una imagen mucho más salvaje que la actual.