ปราสาทตาเมือนธม เป็นปราสาทขนาดใหญ่ก่อสร้างด้วยหินทรายและศิลาแลง 3 องค์ ประกอบด้วย ปราสาทประธานขนาดใหญ่ แผนผังรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสย่อมุม ภายในห้องกลางปราสาทประดิษฐานศิวลึงค์ ซึ่งเป็นสัญลักษณ์แทนพระศิวะ (พระอิศวร) เทพเจ้าสูงสุดในศาสนาฮินดู ลัทธิไศวนิกาย ลักษณะของศิวลึงค์นี้ตกแต่งจากแท่งหินทรายธรรมชาติที่มีรูปร่างคล้ายศิวลึงค์ที่ตั้งอยู่บริเวณนี้มาแต่เดิม ภายหลังจึงสร้างปราสาทครอบ สันนิษฐานว่านี้น่าจะเป็นศิวลึงค์ที่เกิดขึ้นเอง เรียกว่า “สวายัมภูลึงค์” ซึ่งเป็นศิวลึงค์ที่สำคัญที่สุดของลัทธิไศวนิกาย ตัวปราสาทมีซุ้มประตู 4 ทิศ ประตูมุขด้านทิศใต้ต่อเข้ากับมุขหน้าหรือมณฑปยื่นออกมา โดยแบ่งเป็น 3 คูหา หลังคาทำด้วยหินทราย ปราสาทประธานมีการสลักลวดลายที่บริเวณฐาน โดยสลักเป็นรูปเทวรูปยืน นอกจากนี้ยังพบทับหลังหินทรายสลักภาพเทวดานั่งชันเข่าอยู่ภายในซุ้มบนแท่นเหนือหน้ากาลที่คายท่อนพวงมาลัย