ارگ کلاه فرنگی بیرجند با معماری زیبا و منحصربه‌فرد خود، به سبک زیگوراتی یا پله‌پله‌ای در شش طبقه ساخته شده است. در نگاه نخست، فرم شش‌اشکوبه‌ی بنا با رأس مخروطی‌شکل آن، ممکن است این تصور را ایجاد کند که تمامی طبقات قابل استفاده‌اند. اما در واقع، تنها دو طبقه‌ی اول دارای فضای داخلی کاربردی هستند و چهار طبقه‌ی بالایی صرفاً برای ایجاد جلوه‌ای تزیینی طراحی شده‌اند.
از دیگر ویژگی‌های چشمگیر این شاهکار معماری، می‌توان به بخش‌های گوناگون آن مانند گنبدها، اتاق‌ها و هشتی‌هایی اشاره کرد که به‌واسطه دالان‌هایی به‌هم متصل‌اند و شبکه‌ای منظم از فضاهای درونی را شکل می‌دهند. طبقه همکف بنا دارای ساختاری مربعی‌شکل است و چندین اتاق را در بر می‌گیرد.
در طبقه اول، چهار هشتی زیبا در چهار ضلع بنا به‌صورت کاملاً قرینه طراحی شده‌اند که بر تقارن هندسی و هنر معماری قاجاری تأکید دارد. در قلب این طبقه، حوضخانه‌ای هشت‌ضلعی قرار گرفته که به‌زعم بسیاری از بازدیدکنندگان، زیباترین و شاخص‌ترین بخش ارگ کلاه‌فرنگی به‌شمار می‌رود.
بر فراز این شاهکار، گنبدی کلاه‌فرنگی با پنجره‌های نورگیر ساخته شده که وظیفه تأمین روشنایی فضای داخلی در طول روز را بر عهده دارند. این پنجره‌ها نه‌تنها به نورگیری طبیعی بنا کمک می‌کنند، بلکه به تهویه و دل‌انگیزی هوای درون عمارت نیز یاری می‌رسانند.
