Замок Пеньяфиель расположен на крутой вытянутой горе над одноименным городком недалеко от Вальядолида. Своей формой он заслужил прозвище «Большой корабль Кастилии».
Замок стоит на узкой вытянутой горе, протянувшейся с востока на запад. Длина замка ок. 200 м. Ширина в самом широком месте ок. 30 м, в среднем ок.15 м.
Вход в башню находился втором этаже с восточной стороны. К нему вела извилистая лестница, заканчивавшаяся подъемным мостом и начинавшаяся у внутренних ворот восточного двора.
Восточный двор имеет форму узкого прямоугольника. Торец защищен мощной полукруглой башней в центре и двумя маленькими башенками по углам. На каждой из длинных сторон находится по две больших и две малых полукруглых башни. Сейчас двор перекрыт и в нем находится музей виноделия.
Западный двор – остроконечный, заканчивается большой круглой башней. На каждой из боковых стен находится по одной большой и четыре малых полукруглых башни. Возле донжона расположены две цистерны для воды, еще одна видимо находилась у острия. Отверстия в стенах указывают на то, что большая часть двора когда-то имела крышу.
Вход в ядро замка находится на северной стене восточного двора, по бокам ворот стоят две полукруглые башни.
Вокруг замка идет узкий цвингер, вход в который находится также на северной стороне. Он представляет собой ворота с двумя круглыми башенками по бокам. Еще один выход – узкая калитка – находился у западной оконечности замка. К цвингеру здесь примыкали стены, очевидно соединявшие замок с укреплениями городка в долине.