ביצורי הטירה מכילים עמדות תותחים, אר נבנו במתכונתם הנוכחית במאה ה-18, אם כי ישנם חלקים, כולל עמדת "דורבן צרפתי" (French Spur), מתקופת עוצרותה של מרי דה גיז, מאמצע המאה ה-16. הדורבן הצרפתי נבנה במקור כבאסטיון אשר הכיל עמדות תותחים שהגנו על הבאסטיון העיקרי. מחוץ לעמדה, הוקמה סוללת עפר משופעת המכונה טאלוס (Talus), והכניסה אליה בוצעה באמצעות גשר מיטלטל שהוצב מעל תעלה. חפירות שבוצעו במקום בשנות ה-70 הראו שחלק גדול מאבני המבנה המקורי נותרו כחלק מביצורי המאה ה-18.
בעקבות ניסיון הפלישה הצרפתית ב-1708 קיבלו העבודות לשיפור הביצורים בסטירלינג עדיפות עליונה. השיפוץ הושלם ב-1714, כאשר החומה הורחבה כלפי חוץ ובתוכה נבנה מתחם מבוצר המכונה "כיכר בית המשמר" (Guardhouse Square). הבנייה יצרה למעשה זוג חומות, עם תעלת מגן לפני כל אחת מהן, ובתוכן פתחי ירי המכונים קאפוניר (Caponier) שכיסו את שטח התעלות. בימינו קיימת גישה באמצעות גרם מדרגות אל תוך הקאפוניר יחיד שהשתמר.
בחלק האחורי נבנו חומות סוגרים כדי לחזק את הגנת החומות העיקריות ולספק עמדות לתותחים. "הדורבן הצרפתי" הורחב מעט כדי לאפשר הצבת תותחים רבים יותר. הבניינים שבתוך כיכר בית המשמר מתוארכים למאה ה-19. מחוץ לטירה קיימת רחבה פתוחה, אשר שימשה בעבר למצעדים ובימינו משמשת לחניה ולמופעים.
הביצורים הקידמיים ובית השער.
בית השער, אשר שימש לכניסה לטירה עצמה מכיוון הביצורים החיצוניים, נבנה על ידי ג'יימס הרביעי והושלם ככל הנראה בשנת 1506. במקור שימש בית השער כחלק ממכלול הביצורים הקדמיים, ששימשו כחומה היקפית לרוחבה של קסטל היל. במרכז החומה ממוקם בית השער עצמו, המגיע בימינו למחצית מגובהו המקורי. המגדלים העגולים בפינות החיצוניות התרוממו לגגות בעלי צורת קונוס עם שינות שנבנו סביבם. באגפים נבנו מגדלים עגולים נוספים, מהם נותרו בימינו שרידים בלבד ומאחוריהם מגדלים נוספים, בחלקו האחורי של בית השער. תכנון המבנה הכולל, כפי ששרטט ג'ון סלזר (John Slezer) ב-1693 הפגין השפעה צרפתית והקביל בעיצובו לביצור הקדמי של ארמון לינלית'גו.
בדומה למבנה בלינלית'גו, נועד הביצור הקדמי בעיקר לראווה, במתכונת "עידן האבירות", מאשר למטרות הגנה, מכיוון שסיפק הגנה מועטה כנגד הארטילריה של אותו הזמן. הכניסה התאפשרה דרך מעבר מרכזי, עם שני שבילים שנועדו להולכי רגל באגפים. סידור משולש זה נחשב בלתי רגיל לזמנו, ושערי ניצחון ההתקופה הקלאסית הוצעו כגורם המשפיע. מבנה בית השער פורק בצורה הדרגתית ונותר במתכונתו הנוכחית ב-1810. בכל קצה של שינות חומת המסך היה מגדל מרובע. המגדל המערבי, המכונה "מגדל הנסיך", ככל הנראה על שמו של הנרי פרדריק, נסיך ויילס, שרד ונותר בשיא גובהו, ובימינו מחובר לארמון מתקופה מאוחרת יותר. בצד המזרחי, הכיל מגדל אלפינסטון (Elphinstone) מטבח וככל הנראה גם מגורי קצינים. מגדל זה הונמך על מנת ליצור מקום לסוללת תותחים, ככל הנראה במהלך המאה ה-18, כאשר נבנו הביצורים החיצוניים.
החצר החיצונית.
בתחומי הביצור הקדמי רחבה המכונה "החצר החיצונית" (Outer Close). בצד הדרום-מזרחי ניצבים מבנים צבאיים מתקופת המלך ג'ורג'; בית המשמר הראשי משלהי המאה ה-18 ובית פורט מייג'ור מתחילת המאה ה-19. השער הצפוני הישן מוביל אל מתחם המכונה "נד'ר ביילי" (Nether Bailey) ובו נמצאו המטבחים המקוריים של הטירה, אשר היו מחוברים ככל הנראה אל ההיכל המרכזי. המטבח הראשי הנראה בימינו נבנה בתקופה מאוחרת יותר, לצד החומה המזרחית של הטירה. עם זאת, ב-1689 נאטמו חדריו כדי שישמש עמדות לתותחים. חפירות שנערכו במקום בשנות ה-20 של המאה ה-20 אימתו את קיומם של מספר חדרים ששרדו והמבנה שוחזר ב-1929. המבנה הקטן שמעל השער הצפוני נחשב מסורתית כמטבעה, הידוע בסקוטית כ-"Cunzie Hoose" או "בית היציקה". מערבית לחצר הסגורה סודרו חלקיה העיקריים של הטירה סביב חצר פנימית מרובעת: הארמון המלכותי מדרום, בניין המלך הישן ממערב, הקפלה המלכותית מצפון וההיכל הראשי ממזרח.
בניין המלך הישן.
המבנה הישן ביותר בחצר הפנימית הוא בניין המלך הישן, הממוקם בצד המערבי ובנייתו הושלמה בסביבות 1497. הבניין נועד לשמש כמתחם מגורים על ידי ג'יימס הרביעי והיה מבנה דמוי האות "ר". החדרים הראשיים היו בקומה הראשונה, מעל מרתפים, וכללו שני אולמות עם תצפית נרחבת מערבה, אף על פי שהחללים הפנימיים עברו שינויים. למגדל המדרגות הבולט מבנה מתומן שהועתק במגדל מדרגות נוסף שנבנה מאוחר יותר בבניין זה.
ב-1855 נשרף חלקו הצפוני של הבניין ונבנה מחדש בסגנון ברוניאלי על ידי ההיסטוריון והארכיטקט רוברט ויליאם בילינגס. בצידו הדרום מערבי של המתחם מחובר מבנה ששימש כמטבח, ובנוי במתאר שונה מבניין המלך הישן והארמון המלכותי. קיימת סברה כי זהו מבנה מוקדם מן המאה ה-15, מתקופת שלטונו של ג'יימס הראשון. חפירות שנערכו בבניין ב-1998 חשפו בורות קבורה, המצביעים, ככל הנראה, שהמקום שימש ככנסייה או כקפלה.
ההיכל הראשי.
בצד המזרחי של החצר הפנימי נמצא ההיכל הראשי, או היכל הפרלמנט, שנבנה על ידי ג'יימס הרביעי לאחר סיום בניית בניין המלך הישן ב-1497, וטויח ב-1503. הבניין תואר כ"הבניין המרשים ביותר שנבנה בסקוטלנד בסוף ימי הביניים", ומייצג את הדוגמה הראשונה של ארכיטקטורה מלכותית שהושפעה מהרנסאנס במדינה.
הבניין נבנה על ידי מספר בעלי מלאכה אנגליים ומשלב כמה רעיונות עיצוביים, ומושווה להיכל שבנה אדוארד הרביעי בארמון אלת'ם, שנבנה בשלהי העשור של 1470. במבנה כלולים פריטים בהשפעת אדריכלות הרנסאנס, כגון עיטורים מצטלבים על החלונות אך בתוך תכנון בניימי שמרני. בפנים נבנו חמישה אחים, וחלונות גדולים בצדדים האירו את הקצה בו הוקמה בימה עליה ישב המלך. אורכו של ההיכל הוא 42 מטרים לאורך ו-14.25 מטרים לרוחב.
הגג המקורי, שנתמך לרוחבו בקורות עץ, הוסר ב-1800, יחד עם השינות שהיו עליו ושימשו פריט עיצובי, במהלך העבודות להסבת ההיכל לקסרקטין. שתי קומות וחמישה קירות פנימיים הוכנסו והחלונות שונו בהתאם. כבר ב-1893 החלו קריאות לשחזורו של ההיכל הראשי, אך רק לאחר שהצבא עזב את המקום ב-1965 אפשר היה להתחיל בעבודות. הוסכם כי ניתן להגיע לשחזור שיהיה נאמן למקור, והעבודות החלו והושלמו רק ב-1999. הגג הנתמך בקורות הוחלף החלונות הוחזרו למקומם והקירות החיצוניים נצבעו מחדש.
הארמון המלכותי.
משמאל לבית השער ומהווה את צידה הדרומי של החצר הסגורה, נמצא הארמון המלכותי. הארמון, הראשון בסגנון הרנסאנס באיים הבריטיים, נבנה על ידי ג'יימס החמישי בשילוב עם אדריכלות גותית ומכוסה אבנים מסותתות ונחשב כאחד המבנים המרשימים בסקוטלנד. בניית הארמון החלה בעשור של 1530 והסתיימה ברובה בסוף העשור של 1540.
האחראי על העבודה, עד להוצאתו להורג ב-1540, היה סר ג'יימס המילטון מפינארט, אשר מימן בעצמו חלק מהוצאות הבנייה בתמורה לאדמות ותמיכה מהמלך. עבודות נוספות בארמון התנהלו בתקופת שלטונה כעוצרת של מארי דה גיז, והקומה העליונה הוסבה כדי לשמש לדירת מגורים עבור מושל הטירה במאה ה-18.
הארכיטקטורה הושפעה מהסגנון הצרפתי, אך עיצוב העיטורים היה גרמני בסגנונו, ומקורותיהם של הפסלים נמצאו מתוך עבודותיו של האמן חיתוך העץ הגרמני הנס בורגאמיר (Hans Burgkmair). הפסלים כוללים שורה של חיילים על המעקה הדרומי וסדרה של דמויות בגודל טבעי בכניסה לתחומי הקומה הראשית. הפסלים כללו את דמותו של ג'יימס החמישי, השטן, המלאך מיכאל וייצוג של נוגה וכוכבי לכת נוספים. קיימת פרשנות לאופן סידורם של פסלי כוכבי הלכת, בצפון במזרח ובדרום בחזית הארמון, לפיה זהו אזכור לקצות גן העדן.
הארכיטקט והיסטוריון בן המאה ה-19 רוברט ויליאם בילינגס, תיאר את הפסלים כ"פרי דמיון פורה אך מקומם". החזית המערבית נותרה בלתי מושלמת וללא עיטורים והמועצה המלכותית של סקוטלנד ציינה ב-1625 שהבניין "על סף נפילה מן הצוק".
בפנים הבניין, היה הארמון מורכב משתי דירות, אחת עבור המלך והשנייה עבור המלכה. לכל אחת מהן היה אולם, חדר קבלת פנים, חדר שינה ומספר חדרים קטנים שכונו "ארונות". העיצוב בסגנון הרנסאנס נשמר גם בחלק הפנימי, אם כי רק מעט שרד לאחר השימוש שעשה הצבא במבנה, מלבד האחים שגולפו באבן. תקרת חדר קבלת הפנים של המלך הייתה במקור מעוצבת באמצעות סדרת פורטרטים שגולפו מעץ אלון בתוך לוחות מעגליים, נודעו כ"הראשים של סטירלינג" ותוארו כ"בין הדוגמאות הקיימת הטובה ביותר של עבודת עץ של בסגנון הרנסאנס בסקוטלנד". הפורטרטים הוסרו מהתקרה בעקבות התמוטטות של התקרה ב-1777 ומתוך הראשים המקוריים, שמספרם הוערך ב-56, שרדו 38. מרביתם נמסרו למכון סמית' שבעיר סטירלינג, אך בימינו הם שמורים בטירה כאשר שלושה מתוכם מוצגים במוזיאון הלאומי של סקוטלנד שבאדינבורו. שניים נוספים מוצגים ב"סיר הגנבים", בית כלא שהשתמר מתקופת המאה ה-16 בתחומי מרכז הקניות של ת'יסטלס (Thistles Centre), בעיר סטירלינג.
ככל הנראה ייצגו חלק מהפורטרטים מלכים, מלכות ואנשי חצרם, ודמויות אחרות הציגו אישים מהתקופה הקלאסית ומתקופת התנ"ך. בדומה לעיצוב החיצוני, גם בחלק הפנימי נראית השפעת הסגנון הגרמני, בעיקר בהשוואה לתקרת טירת ואוול שבפולין. בוצע פרויקט בשווי 12 מיליון ליש"ט לשחזור תפארתו של האמון המלכותי, והמקום נפתח מחדש לציבור ביוני 2011. העבודה, שארכה כעשור של מחקר ועבודת בעלי מלאכה, שחזרה שש דירות מלכותיות כפי שנראו בעשור של 1540, כאשר שימש המקום כבית ילדותה של מרי סטוארט, כמו גם אריגתם הידנית של שטיחי קיר המהווים העתקים של היצירה "ציד החד-קרן".
הקפלה המלכותית.