Il palazzo, sviluppato orizzontalmente, ha una fronte regolare che sembra anticipare le scelte del neoclassicismo e che è caratterizzato da un grande arco centrale sormontato da un frontone. All'esterno il piano terreno è rivestito da un bugnato fa da alto basamento all'ordine colossale di semicolonne e paraste ioniche dei piani superiori. Quattro cortili rettangolari, vasti e luminosi come piazze e perfettamente simmetrici, articolano l'interno della reggia. Tre vestiboli ottagonali regolano in modo perfetto i complessi sistemi della circolazione. Lo scalone d'onore, larghissimo e scenografico, porta al vestibolo ottagonale del piano nobile (sul quale si aprono gli appartamenti e i saloni decorati a stucchi di gusto già neoclassico) e alla cappella reale, che ricorda quella di Versailles, ma è più armoniosa. All’interno della reggia trova sede anche un piccolo teatro di corte in stile già quasi neoclassico: un piccolo gioiello nel suo genere. La costruzione della reggia, portata avanti da Luigi Vanvitelli sino alla morte (1773), fu proseguita dal figlio Carlo, ma non interamente compiuta secondo il progetto originario. Il parco, anch’esso disegnato dal Vanvitelli, è l'ultimo esempio grandioso di giardino-parco dell'età barocca. Scenografia di praterie, finte rovine, boschi, viali che guidano alla “Castelluccia” (piazzaforte in miniatura costruita nel 1769 per gli svaghi del giovane re) e all'ampio specchio d'acqua della peschiera; ma soprattutto scenografia di fontane e di cascate, per le quali il Vanvitelli ideò l'acquedotto Carolino e il viadotto dei Ponti della Valle, costruzione razionale di imponente monumentalità.
Nell'edificio, che ha 1.200 stanze e quasi 2.000 finestre, si trovano una pinacoteca e un museo in cui è conservata una famosa collezione di preziosi presepi antichi.