สร้างขึ้นเพื่อน้อมเกล้าฯ ถวายแด่พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว ในวโรกาสที่เสด็จพระราชดำเนินทอดพระเนตรงานโครงการในพระราชดำริและทรงตรวจเยี่ยมราษฎรอำเภอเขาค้อและอำเภอใกล้เคียง เป็นอาคารคอนกรีตครึ่งวงกลมมีทั้งหมด 15 ห้อง รูปทรงแปลกตาไปจากพระตำหนักอื่น สามารถขออนุญาตเจ้าหน้าที่เข้าชมบริเวณโดยรอบพระตำหนักได้ บริเวณใกล้กันมีบ้านพักทหารม้าซึ่งเปิดให้นักท่องเที่ยวพักค้างแรมได้ มีร้านค้าสวัสดิการตั้งอยู่ นอกจากนี้ยังมีเส้นทางเดินขึ้นยอดเขาย่าซึ่งสามารถมองเห็นทิวทัศน์เขาค้อโดยรอบได้สวยงาม พระตำหนักเขาค้อ เป็นจุดสูงสุดของเขาค้อ สูงกว่าระดับน้ำทะเลประมาณ 1,050 เมตร เมื่อยืนอยู่บริเวณพระตำหนัก จะมองเห็นทัศนียภาพสวยงามมาก เมื่อครั้งที่พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวได้เสด็จฯ มาทรงทำการเปิดอนุสรณ์สถานผู้เสียสละเขาค้อ ได้ทรงปรารภว่า บริเวณเขาย่ามีพื้นที่สวยงามน่าจะจัดทำโครงการ อะไรสักอย่างหนึ่งเพื่ออนุรักษ์ป่า ดังนั้นพระตำหนักเขาค้อจึงได้สร้างขึ้นเมื่อเดือน กรกฎาคม 2527 จากความร่วมมือของหลาย ๆ ฝ่ายเพื่อนำขึ้นน้อมเกล้าฯ ถวายแด่องค์พระบาท สมเด็จพระเจ้าอยู่หัว สำหรับใช้ประทับแรมในโอกาสที่พระองค์ท่านเสด็จฯ มาทรงเยี่ยมงานในโครงการพระราชดำริ และทรงเยี่ยมราษฎรในพื้นที่และจังหวัดใกล้เคียง พระบาทสมเด็จ พระเจ้าอยู่หัวได้เสด็จฯ มาทรงทำพิธีเปิด พระตำหนักเขาค้อ เมื่อวันที่ 25 กุมภาพันธ์ 2528 ลักษณะตัวอาคารพระตำหนักเขาค้อ เป็นอาคารชั้นเดียวติดต่อกัน เป็นรูปครึ่งวงกลม มีอาคารบางส่วน สร้างเป็นสองชั้น ชั้นบนเป็นห้องบรรทมของประบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวและสมเด็จพระนางเจ้าฯ พระบรมราชินีนาถ ชั้นล่างแบ่งเป็นด้านซ้ายและขวา ด้านซ้ายเป็นห้องพระราชทางเลี้ยง ห้องเสวย และห้องเข้าเฝ้าฯ ส่วนด้านขวาเป็นห้องบรรทมของพระบรมวงศานุวงศ์ใกล้กับพระตำหนักมีห้องพักของข้าราชบริพาร จำนวน 12 ห้อง สร้างเป็นรูปครึ่งวงกลมเช่นกัน บริเวณรอบพระตำหนักจะปลูกดอกไม้สีสันสวยงามหลากหลายชนิดมีบ้านพักทหารม้า บริการให้นักท่องเที่ยวเช่าพัก จำนวน 2 เรือนแถว และนักท่องเที่ยวสามารถกางเต็นท์พักแรมบริเวณใกล้กับบ้านพักได้ แต่ต้องเตรียมเครื่องนอนไปให้พร้อม เนื่องจากบริเวณดังกล่าวเป็นที่สูง ตอนกลางคืนอากาศหนาวเย็นมาก นอกจากนี้ ยังมีเส้นทาง สำหรับปีนเขาย่า ขึ้นไปชมวิวทิวทัศน์ของ อำเภอเขาค้อ เห็นได้ระยะไกล ทางขึ้นอยู่ติดกับร้านค้าสวัสดิการ ระยะทางประมาณ 300 เมตร แต่ค่อนข้างชัน ใช้เวลาเดินประมาณ 1 ชั่วโมง สำหรับผู้ที่เดินพิชิตเขาย่าได้ จะมีใบประกาศเกียรติคุณมอบให้เป็นที่ระลึก ชมได้เฉพาะภายนอกพระตำหนัก หากเป็นช่วงที่มีการเสด็จแปรพระราชฐาน ไม่อนุญาตให้เข้าชม เปิดเวลา 06.00 18.00 น. ต้องแต่งกายสุภาพ