پلان ارگ کریمخان شیراز مستطیل است و از دو بخش نظامی و مسکونی تشکیل شده است. مساحت این ارگ ۱۳ هزار متر مربع و زیربنای آن چهار هزار متر مربع است. در ساخت این بنا هنرمندان و معماران نامی آن زمان حضور داشتند و آن را با بهترین مواد و مصالح در سریعترین زمان به پایان رساندند.
معماری ارگ کریمخان به شیوه اصفهانی و از نوع معماری درونگرا است. بیرون این بنا ساده و بیآلایش است و درون آن تزیینات ظریف و زیبا به کار رفته است. در بالای سردر ورودی ارگ کاشیکاری زیبا و چشمنواز از نوع هفت رنگ دیده میشود که صحنه نبرد رستم و دیو سفید را به تصویر کشیده است و قدمت آن به دوره قاجار برمیگردد. بعد از ورودی، هشتی قرار دارد که با عبور از آن وارد حیاط ارگ میشوید.
بخش مسکونی ارگ کریمخان سه جبهه شمالی، جنوبی و غربی را شامل میشود. هر ضلع دارای یک ایوان ستوندار با دو ستون سنگی است. در دوره قاجار ستونهای اصلی ایوانهای جنوبی و غربی برداشته شدند و ستونهای چوبی با تزیینات مارپیچی جایگزین شد. در دو طرف هر ایوان تالار و میان تالارها، دو راهرو، دو طبقه و ۶ اتاق وجود دارد.
در تالارهای ارگ کریمخان ارسی کار شده است؛ ارسی به پنجرههای چوبی گفته میشود که در آن از شیشههای رنگی استفاده شده و به صورت کشویی عمودی باز و بسته میشود. سقف تالارها بهصورت دو پوش ساخته شدهاند و سقف کاذب دوم با فاصله نسبت به سقف اصلی ایجاد شده است. سقف داخلی، طاقدار با مقرنسهای گچی است و با نقاشیها و تذهیبهای بسیار زیبایی تزیین شده است که از نقاشیهای عصر صفوی الگو گرفتهاند. در ترسیم این نقاشیها از موادی مانند طلا، جیوه، شنگرف، گل اخرا و سایر مواد معدنی استفاده شده است.