ปราสาทศีขรภูมิประกอบด้วยปรางค์อิฐ 5 องค์ องค์กลางเป็นปรางค์ประธาน มีปรางค์บริวารล้อมรอบอยู่ที่มุมทั้งสี่บนฐานเดียวกัน ก่อด้วยหินทรายและศิลาแลง ปราสาทหันหน้าไปทางทิศตะวันออก มีบันไดทางขึ้นและประตูทางเข้าเพียงด้านเดียวคือด้านทิศตะวันออก ปรางค์ทั้งห้าองค์มีลักษณะเหมือนกัน คือ องค์ปรางค์ไม่มีมุข มีประตูทางเข้าด้านเดียว มีชิ้นส่วนประดับทำจากหินทรายสลักเป็นลวดลายต่าง ๆ ทั้งส่วนที่เป็นทับหลังและเสาประดับกรอบประตู เสาติดผนัง และกลีบขนุน ปรางค์ส่วนหน้าบันเป็นอิฐประดับลวดลายปูนปั้น องค์ปรางค์ประธานมีทับหลังสลักเป็นรูปศิวนาฏราช (พระอิศวรกำลังฟ้อนรำ) บนแท่น มีหงส์แบก 3 ตัวอยู่เหนือเศียรเกียรติมุข เสาประตูสลักเป็นลวดลายเทพธิดาลายก้ามปูและรูปทวารบาล ทับหลังรูปศิวนาฏราชนี้ถือได้ว่ามีความงามกว่าทับหลังชิ้นใด ๆ ที่สลักเรื่องราวเดียวกันทั้งที่พบในประเทศไทยและประเทศกัมพูชา ส่วนปรางค์บริวารพบทับหลัง 2 ชิ้น ปัจจุบันเก็บรักษาไว้ที่พิพิธภัณฑสถานแห่งชาติพิมาย เป็นภาพกฤษณาวตารทั้งสองชิ้น ชิ้นหนึ่งเป็นภาพกฤษณะฆ่าช้างและคชสีห์ ส่วนอีกชิ้นหนึ่งเป็นภาพพระกฤษณะฆ่าคชสีห์ จากลวดลายที่เสาและทับหลังขององค์ปรางค์ มีลักษณะปนกันระหว่างรูปแบบศิลปะขอมแบบบาปวน (พ.ศ. 1550 1650) และแบบนครวัด (พ.ศ. 1650 1700) จึงอาจกล่าวได้ว่า ปราสาทแห่งนี้คงสร้างขึ้นในราวกลางพุทธศตวรรษที่ 17 หรือต้นสมัยนครวัด โดยสร้างขึ้นเนื่องในศาสนาฮินดู ลัทธิไศวนิกาย และคงถูกดัดแปลงให้เป็นวัดในพุทธศาสนาตามที่มีหลักฐานการบูรณะปฏิสังขรณ์ในราวพุทธศตวรรษที่ 22 ในสมัยอยุธยาตอนปลาย