La Fortezza Orsini di Sorano si presenta come una struttura architettonica molto complessa, raggiungibile dalla parte inferiore attraverso una porta, originariamente dotata di ponte levatoio. Dal porto inizia una rampa di scale parzialmente coperta che collega due cortili su diversi livelli, disposti intorno alla zona più antica del complesso.
Il castello è il nucleo originario della fortificazione e comprendeva l'antico albergo del maniero; il fossato e le mura di cinta a picco erano il dispositivo aggiuntivo per la difesa del castello. Al suo interno, grazie ad un recente restauro, sono venuti alla luce alcuni affreschi di scuola senese del XVI secolo; alcuni di questi, voluti da Niccolò IV Orsini, raffigurano la famosa canzone di Giovanni Boccaccio "I am young girl" (Decamerone, IX Giorno).
La zona più antica comprende anche una torre a sezione circolare, che era parte integrante dell'antica Rocca Aldobrandesca. La parte cinquecentesca della Rocca è costituita da un edificio restaurato in stile neoclassico, che si trova nella seconda parte del complesso lungo il lato occidentale delle mura, in gran parte compromesso dal degrado dei secoli passati. L'edificio è collegato a due bastioni angolari sulla punta, quello di San Marco a est e quello di San Pietro a ovest, dove si trova anche un grande stemma d'angolo.