قلعه والی ایلام دارای مساحت ۴۶۸۷ متر مربع و زیربنای ساختمان آن ۱۴۶۴ متر مربع است. این بنا دارای قسمت های متعدد از جمله حرم سرا، قسمت شاهنشین، اتاق آیینه و زندان در زیر زمین می باشد. قلعه دارای یک حیاط میانی است که حدود ۷۰۰ مترمربع وسعت دارد. سه طرف حیاط را بنای ساختمان در بر گرفته است. آب مصرفی ساکنان توسط چشمه بی بی تامین می ‌شده به این گونه که آب چشمه با استفاده از تنبوشه، به محدوده حیاط مرکزی قلعه منتقل می ‌شده است. البته متاسفانه باید بگوییم که چشمه خشک و کم آب شده بود و برای این که حالت نمادین چشمه حفظ شود در باسازی قلعه با اجرای لوله کشی این قسمت نیز مرمت گردید تا به دست فراموشی سپرده نشود.

عمده مصالح به کار رفته در ساخت قلعه والی ایلام شامل سنگ، آجر، گچ، کاشی و چوب است. قلعه دارای سه در ورودی در قسمت شرق، غرب و جنوب است که در اصلی در قسمت جنوبی است و دیگر درها خصوصی بوده است. هنگامی که از در اصلی وارد می شویم به ‌وسیله ۱۱ پله ۲۰ سانتی ‌متری وارد اتاق نگهبانی می شویم و سپس ۸ پله دیگر ما را به حیاط قلعه خواهند رساند. ورودی اصلی قلعه والی یاد آور بناهایی یونانی است و دو ورودی دیگر با راهروهایی سرپوشیده به حیاط متصل می ‌شدند، کاربرد خصوصی داشتند یعنی برای عبور مهمانان قلعه استفاده می ‌شدند.