ภายในเขาวังนั้น ประกอบด้วยพระที่นั่ง วัด และกลุ่มอาคารต่างๆ ภายใต้สถาปัตยกรรมนีโอคลาสสิกผสมผสานกับกลิ่นอายสถาปัตยกรรมแบบจีนอันสวยงาม โดยแต่ละแห่งตั้งอยู่ยอดเขา 3 ยอดด้วยกัน
ยอดเขาด้านทิศตะวันออก เริ่มจากบริเวณเชิงเขาเป็นที่ตั้งของวัดมหาสมณาราม วัดเก่าแก่ที่มีมาตั้งแต่สมัยอยุธยาวัดนี้งดงามด้วยภาพจิตรกรรมฝาผนังจากฝีมือขรัวอินโข่ง ประดับอยู่ภายในพระอุโบสถ ส่วนบนยอดเขานั้นเป็นที่ตั้งของวัดพระแก้วซึ่งเป็นวัดประจำพระนครคีรี ประกอบด้วยพระอุโบสถขนาดเล็กประดับด้วยหินอ่อน ด้านหลังเป็นพระพุทธเสลเจดีย์ ส่วนด้านหน้าเป็นหอระฆังรูปสี่เหลี่ยมย่อมุมขนาดเล็ก
ยอดเขากลาง ประดิษฐานพระธาตุจอมเพชรซึ่งมีความสูง 40 เมตรและเป็นที่บรรจุพระบรมสารีริกธาตุไว้ภายใน จากจุดนี้สามารถมองเห็นพระที่นั่งต่างๆ รวมทั้งทิวทัศน์ของตัวเมืองเพชรบุรีได้อย่างน่าประทับใจ
ยอดเขาด้านทิศตะวันตก เป็นที่ตั้งของพระราชวังอันเป็นที่ประทับได้แก่ พระที่นั่งเพชรภูมิไพโรจน์ พระที่นั่งปราโมทย์มไหสวรรย์ พระที่นั่งเวชยันต์วิเชียรปราสาท พระที่นั่งราชธรรมสภา หอชัชวาลเวียงชัย หอพิมานเพชรมเหศวร์ พระที่นั่งสันถาคารสถาน หอจตุเวทปริตพัจน์ ศาลาทัศนานักขัตฤกษ์ นอกจากนี้แล้วยังมีโรงรถ โรงม้า ศาลามหาดเล็ก ศาลาลูกขุน ศาลาด่าน ศาลาเย็นใจ ทิมดาบองครักษ์ โรงครัว ตามแบบพระราชวังทั่วไป รอบพระราชวังมีป้อมล้อมอยู่ทั้ง 4 ทิศคือ ป้อมธตรฐป้องปกทางทิศตะวันออก ป้อมวิรุฬหกบริรักษ์ทางทิศใต้ ป้อมวิรูปักษ์ป้องกัน ทางทิศตะวันตก และป้อมเวสสุวรรณรักษาทางทิศเหนือ นอกจากนี้ กรมศิลปากรได้ใช้บางส่วน ของพระราชวังบนยอดเขาด้านทิศตะวันตกจัดตั้งเป็นพิพิธภัณฑสถานแห่งชาติพระนครคีรี ภายในเก็บรักษาโบราณวัตถุต่างๆ ได้แก่ เครื่องราชูปโภคของพระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว และพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว รูปหล่อโลหะสำริด ทองเหลืองที่ใช้สำหรับตกแต่งห้องต่างๆ ในพระที่นั่งและเครื่องกระเบื้องของจีน ญี่ปุ่น และยุโรป