อุทยานประวัติศาสตร์กำแพงเพชร เป็นโบราณสถานที่มีสถาปัตยกรรมเป็นเอกลักษณ์โดดเด่น ทั้งในด้านการใช้วัสดุศิลาแลงและรูปแบบศิลปกรรมไทยดั้งเดิม โดยได้รับการยกย่องให้เป็นมรดกโลกทางวัฒนธรรมในปี พ.ศ.2534 ร่วมกับอุทยานประวัติศาสตร์สุโขทัย ศรีสัชนาลัย

โบราณสถานภายในอุทยานเกือบทั้งหมดเป็นศาสนสถานในพุทธศาสนา อาทิ

วัดพระแก้ว เป็นพระอารามหลวงขนาดใหญ่ที่สุด ตั้งอยู่กลางเมืองเช่นเดียวกับวัดมหาธาตุกรุงสุโขทัย และวัดพระศรีสรรเพชญ กรุงศรีอยุธยา เอกสารตำนานโบราณกล่าวถึงพระแก้วมรกตและพระพุทธสิหิงค์ ได้เคยประดิษฐานที่เมืองกำแพงเพชรซึ่งน่าจะประดิษฐานที่วักพระแก้วแห่งนี้

วัดพระธาตุ เจดีย์ประธานภายในวัดเป็นแบบทรงกลมหรือทรงระฆังสูงใหญ่ ก่อด้วยอิฐ ตั้งอยู่บนฐานแปดเหลี่ยมที่ซ้อนลดหลั่นกันหลายชั้น

วัดพระนอน ภายในวัดใช้ศิลาแลงในการก่อสร้างแทบทั้งสิ้น อาทิ ศาลาพักเป็นฐานอุโบสถเสาแปดเหลี่ยม เสาวิหารใช้ศิลาแรงแท่งเดียว ผนังวิหารเรียงศิลาแลงเป็นผนังช่องลม เจดีย์ประธานทรงระฆังฐานแปดเหลี่ยม

วัดพระสี่อิริยาบถ สิ่งก่อสร้างสำคัญ คือ วิหารที่สร้างบนฐานทักษิณขนาดใหญ่ ด้านหลังสร้างเป็นมณฑป ทำหน้าที่เป็นเจดีย์ประธานของวัด ลักษณะมณฑปแบบจตุรมุข ตรงกลางเป็นแท่งสี่เหลี่ยมรับส่วนยอดหลังคา มีมุมยื่นออกมาทั้ง 4 ด้าน ผนังแต่ละด้านประดิษฐานพระพุทธรูปเดิน นั่ง ยืน นอน ปัจจุบันเหลือพระยืนขนาดใหญ่ทางด้านทิศใต้

วัดช้างรอบ สิ่งสำคัญ คือ เจดีย์ประธานทรงระฆังขนาดใหญ่ ฐานสี่เหลี่ยมด้านล่างสูงใหญ่ ประดับช้างปูนปั้นครึ่งตัวจำนวน 68 เชือก มีบันไดอยู่กลางด้านทั้งสี่เพื่อขึ้นไปถึงลานด้านบน หรือลานทักษิณ

และมี ศาลพระอิศวร ซึ่งเป็นเทวาลัยในศาสนาฮินดูเพียงแห่งเดียวในอุทยาน เหลือเฉพาะฐานของอาคารรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า ก่อด้วยศิลาแลง แต่เดิมประดิษฐานเทวรูปพระอิศวรสำริดซึ่งมีจารึกที่ฐานว่า เจ้าพระยาศรีธรรมาโศกราช