Il palazzo è incompiuto, come si evince già dalla facciata, in cui sono assenti quasi tutti gli elementi decorativi, quali i timpani o cornici. Si presenta come un edificio realizzato da più blocchi geometrici, che gli danno questa particolare forma asimmetrica, fatta da torrette angolari, rientri improvvisi e superfici nude.
Suddiviso in tre piani separati da due mezzanini e ampio seminterrato, presenta nella facciata interna, quella che da dunque verso il cortile (rimasto aperto su più lati) due eleganti logge al pianterreno e al primo piano, con nicchie angolari ed esedre.
Notevole la cancellata del ‘600 in ferro battuto, decorato coi gigli farnesiani e la corona ducale. All’interno si apre la cappella ducale, non presente nel progetto originale del Vignola. Ambiente ottagonale con calotta interna e piccolo presbiterio con doppio balcone, presenta un bel gioco di luci dato dall’alternarsi di spazi pieni e vuoti. Attribuita tradizionalmente a Bernardino Panizzari, detto il Caramosino, potrebbe invece essere opera di Lattanzio Papio; la sua realizzazione avvenne comunque tra il 1597 e il 1601, durante il ducato di Ranuccio I Farnese.