שלושה ארמונות קטנים נבנו בסמיכות לארמון המערבי, מדרום-מזרח לו. הם נבנו דומים זה לזה ולסוויטות המלכותיות בארמון המערבי עם חצר מרכזית ואכסדרת כניסה. ארמונות אלו ומבנים נוספים שנמצאו, אחד בסמוך למחסנים הציבוריים ושניים אחרים מצפון מערב לארמון הצפוני, שימשו ככל הנראה את אנשי החצר הבכירים. בנין נוסף (מסומן 27 במפה) ובו יחידות דיור סביב חצר מרכזית, ויחידות מחסנים קטנים צמודים שימש ככל הנראה למגורי קצינים של חיל המשמר ההרודיאני.
מבנים נוספים.
בית המרחץ.
בנוסף לבתי המרחץ הקטנים שנבנו בארמונות בנה הורדוס בית מרחץ רחב ידיים שהיה ממוקם מדרום לארמון הצפוני. בית המרחץ בנוי בסגנון רומי. מחצר הפלסטרה הצפונית, מוקפת העמודים בעלי הכותרות הנבטיות היה נכנס הרוחץ אל חדר ההלבשה (אפודיטריום), משם אל החדר הפושר (טפידריום) ומשם היה יכול לגשת הן לחדר החם והן לחדר הפושר. מלבד החדר הקר, היו רצפות החדרים כולם מכוסים פסיפס מעוטר בדגמים גאומטריים בגוני שחור-לבן, שהוחלף לאחר מכן לרצפת טיח (בחצר החיצונה) ולרצפת אופוס סקטילה שחורה-ורדרדה בשאר החדרים. קירות החדרים עוטרו בפרסקאות, ואילו פיסות מהתקרה, שהתגלו בידי החופרים על רצפת האפודיטריאון, מלמדים כי התקרה הייתה מכויירת בסטוקו הנושא דגמים גאומטריים וצמחיים. בצידו הצפוני של החדר החם, בתוך אפסיס, ניצבה מזרקה בנויה מאבן קוורץ, ובצידו הדרומי עמד אמבט קטן (המבנה המתגלה לעיני המבקר הוא ההיפוקאוסט - מערכת החימום התת-רצפתי).
הקולומבריום.
בחלק הדרומי של מצדה נמצא מבנה מעוגל שזכה לשם קולומבריום - שובך יונים (יונה בלטינית: Columba). המבנה בקוטר 7.5 מטרים, ובנוי בסגנון המתאים לתקופה ההרודיאנית. הקולומבריום מחולק לשניים על ידי קיר ובקירותיו שקעים בצורת ריבוע שצלעו באורך 16 ס"מ והם מסודרים בשורות מקבילות, בסך הכול 80 גומחות בשורה, ממבנה זה נשתמרו 6 שורות וייתכן והיו בסך הכל 10 שורות. חופרי מצדה העלו השערה שהמבנה שימש להטמנת אפר של המתים מקרב הנוכרים שבחיילי המשמר של המלך הורדוס, עם זאת במצדה לא נתגלו ממצאים המעידים על שריפת גופות.
ההנחה המקובלת במחקר היא שהמבנה היה שובך יונים שבמקור היה מקורה על מנת להגן על היונים מחיות ועופות טורפים, פתחים שנקרעו בגג או בחלק העליון של המבנה איפשרו ליונים כניסה ויציאה ואוורור. אל פתחים אלו אפשר היה להגיע באמצעות סולם עץ. על פי תאוריה זו שימשו היונים לתקשורת כיוני דואר, וייתכן שמהלשלשת יצרו דשן לגידולים שסיפקו ירקות טריים לתושבי מצדה, וייתכן שהיונים היו גם מקור לבשר. חיבתו של המלך הורדוס ליונים תועדה על ידי יוסף בן מתתיהו ובתלמוד מוזכר שזן יונים נקרא "יוני הרדסיאות הם מין יונים שהביא הורדוס המלך מן המדבר וגדל אותם ביישוב ונקראים על שמו, ודרכם לגדל עם אנשים"
שני מבני קולומבריום קטנים ומרובעים נמצאו משובצים בחומת הסוגרים הצפון מערבית ונבנו, ככל הנראה, בשלב הראשון של בניית מצדה ובטרם הקפתה בחומה.
הכנסייה הביזנטית.
מבנה זה, ובסמוך לו מבנה שירות ושרידי מגורים לנזירים המפוזרים על פסגת מצדה, ובמערות על המדרון הדרומי, הם השרידים לתקופה האחרונה בה שימשה מצדה למגורים. הכנסייה נבנתה מצפון מזרח לארמון המערבי. היא בנויה סביב חלל מרכזי ארוך שבצידו המזרחי נבנה אפסיס פנימי. הנרתקס היה בצדה המערבי של הכנסייה. רצפת הכנסייה כוסתה בפסיפס שרובו נהרס. הדיאקוניקון נמצא מצד צפון-מערב לחלל המרכזי, והפסיפס שעל רצפתו נשתמר היטב ובו 16 מדליונים ובהם מתוארים פירות שונים, צלבים ודגמים גאומטריים.
מערכת המצור הרומית.
לצד השרידים המפוארים של מצדה כמבצר מלכותי, וכרקע לסיפור הטרגי, ניצבת מערכת המצור הרומית. בזכות בידודה של מצדה ותנאי מזג האוויר הייחודיים, נשתמרה מערכת המצור במצב ייחודי, והיא אחת הסיבות להכרזת האתר כאתר מורשת עולמית.
חפירות וסקר של מערכת המצור נערכו במקביל לחפירות על מצדה אך מרכז הכובד של המחקר, והעניין של המבקרים באתר, מתמקד בשרידים שעל ההר. את עיקר המידע אסף החוקר הגרמני שולטן, שביקר במקום בשנת 1932 במטרה לחקור את המערכת הרומאית, הוא שרטט את המערכת ונתן סימנים במחנות הרומאיים - אותיות לטיניות. בעת עונות החפירות העיקריות במהלך שנות השישים נערכו סקרים של המחנות שהתמקדו בעיקר במחנה העיקרי.
את מערכת המצור הקים הלגיון העשירי ויחידות העזר שלצידו. ההערכות השונות נוקבות במספרים שונים, בסה"כ בין 8,000-10,000 חיילים. שלב ראשון ועיקרי בהכנות למצור ובמערכת הייתה הבטחת אספקה של מים ומזון. על פי יוסף בן מתתיהו עבדים - שבויים יהודים - הועסקו בהובלת מים ומזון לצבא הרומאי. במחקר מקיף על המצור שפורסם בשם בחזרה למצדה מציין אמנון בן-תור כי על פי הערכתו צרך הצבא כ-16 טון מזון ו-26,000 ליטר מים מדי יום. מחקר נוסף שפורסם בשנת 2011 על ידי חוקרים מאוניברסיטת חיפה קובע כי הצבא הרומי השתמש לצורכי המצור בעצים שהובלו מאזורים מיוערים בארץ ישראל הן לצורכי בניית מכונות מצור והן לצורכי חימום.
חילוקי דעות קיימים גם לגבי פרק הזמן במהלכו הושלמה בניית המערכת, עם זאת החוקרים מסכימים כי יכולותיו ההנדסיות של הצבא הרומי ומומחיותו בלחימת מצור הביאו להשלמת המערכת המצור עצמה תוך זמן קצר. על פי בן-תור הושלמה בניית המחנות לחיילי הלגיון והדייק שהקיף את מצדה כשבוע, וחודש נוסף הוקדש לבניית הסוללה. היקף המאמץ הוא מרשים ומעיד על החשיבות של מצדה בעיני הרומאים ורצונם בהגעה להכרעה מוחלטת.
חומת מצור.
האלמנט הראשון במערכת המצור הייתה חומת מצור (דייק) במטרה למנוע אפשרות פריצה ממצדה, הן למטרות התקפה על העמדות הרומאיות או בריחה של הנצורים. אורכה כ 5 ק"מ, והיא נבנתה מאבן בעובי ממוצע של 1.6 מטר ובגובה ממוצע של 3 מטר, בדייק נבנו 37 מגדלי שמירה ותצפית.
מחנות מצור.
בטבעת שנייה, מחוץ סביב מצדה נבנו 8 מחנות שבהם חנו החיילים הרומאיים. מחנות אלו נבנו בנקודות בעלות חשיבות טקטית למערכת המצור.
סוללה.
הרומאים לא הסתפקו בניסיון להכריע את המערכה במצור בלבד אלא פעלו לכבוש את המבצר במהירות. לצורך זה הוקמה סוללה שהובילה מהמצוק המערבי אל חומת מצדה. נקודת הפריצה נבחרה במקום שגובה הצוק בו הוא כ-150 מטר, שהוא למעשה נקודת תורפה של המתלול הטבעי - שלוחה צרה המקשרת את רגלי הר מצדה אל הרי מדבר יהודה שממערב לו. על שלוחה זו בנו הרומאים, ככל הנראה בסיוע עובדי כפייה יהודים, סוללת מצור, על בסיס של עצים שהובאו מאזור ההר שפכו עפר מהודק שנאסף באזור מצדה. התוצאה הייתה סוללה אלכסונית באורך של כ-100 מטר שהביאה את התוקפים אל מתחת לחומות המבצר.
ממצאים ארכאולוגיים מתקופת המרד הגדול.
במהלך החפירות נתגלו ממצאים רבים מתקופת המרד הגדול ומימיה האחרונים של מצדה. ממצאים אלו עוררו התרגשות רבה בקרב החופרים כפי שעולה מפסקאות רבות בספרו של יגאל ידין המסכם את עונות החפירה במצדה. עיקר הממצאים מתמקד במגורים אותם בנו או התאימו מגיני מצדה לצרכיהם, במבנים ציבוריים, בעיקר בעלי חשיבות דתית פולחנית שהוקמו לשירות הקהילה ובממצאים אחרים ובהם מסמכים כתובים, מטבעות, עצמות אדם וחלקי כלי נשק ושריון. במחקר שניתח את הממצאים מתקופת המרד הגדול קובע רוני רייך כי "נתונים האלה, ואחרים, מצביעים על כך שיישוב הפליטים במצדה היה ברמת ארגון גבוהה. לא היה זה יישוב רגיל, אלא מחנה של עקורים. הנהלת המחנה הפרידה את מקום מגוריהם של משפחות מאלה של אנשים שהגיעו בגפם. מעבר לכך הופרדו גם קבוצות בעלות השקפות עולם דתיות שונות בתוך החברה היהודית. ל'איסיים' ניתנו האזורים הדרומיים ביותר, ובכך הם הופרדו, ככל שהדבר היה ניתן בשטח המצומצם של מצדה, מיתר התושבים."
מגורים.
מצדה של הורדוס לא התאימה לצורכי המורדים שתפסו את ההר, ובעיקר נכון הדבר לגבי הארמונות המפוארים שלא התאימו למגורי משפחות, על פי ממצאי החפירות השקיעו הסיקריים ושאר מגיני ההר מאמץ רב להתאים את המבצר לצרכיהם. רוב המבנים, מלבד המחסנים, הותאמו למגורים. חלקי עמודים, כותרות עמודים ואבני בניין מהארמונות שימשו כחומר ליצירת מבנים או כחומר מילוי למבנים שהוסבו לפי צורכי המגינים. תשומת לב מיוחדת נתנו המגינים לעצים שפורקו ממבני הורדוס ושימשו לבניית חדרים ולאחר מכן במלחמת המצור.
על פי ממצאי החפירות, הארמון המערבי לא שימש את מגיני ההר למגורים אלא כמרכז אדמיניסטרטיבי. במקום נחשפו עשרות ראשי חץ ומטבעות מתקופת המרד הגדול. גם הארמון הצפוני לא שימש למגורים אלא כעמדת תצפית על מערכת המצור הרומאית, חלקים גדולים מהעמודים וקורות העץ פורקו ושימשו במבנים אחרים על מצדה. במדרגה האמצעית נתגלתה ערימה גדולה של חיצים שרופים וייתכן כי המקום שימש גם כעמדה לתקיפת הרומאים. הממצא החשוב ביותר נתגלה במדרגה התחתונה, מתחת לשכבת שרפה - שרידי שלדים של גבר, אישה צעירה וילד ממגיני מצדה. יגאל ידין שיער כי אלו שרידיו של המורד האחרון שרצח את משפחתו והתאבד, וכתב:
בארמונות הקטנים הוסבו החדרים למגורים עבור משפחות ובהם הוקמו מטבחים ותנורים, בשכבות האפר נמצאו שרידים של כלי בית. במקומות אלו ניכר כי המגינים אספו חפצים שונים באחד מחדרי הבית והציתו את תכולתו.