La fortezza Orsini di Sorano si presenta come una struttura architettonica molto complessa, raggiungibile dalla parte bassa attraverso una porta, originariamente munita di ponte levatoio. Dalla porta ha inizio una rampa di scale parzialmente coperta che collega due cortili su differenti livelli, disposti attorno alla zona più antica del complesso.
Il castello è il nucleo originario della fortificazione e comprendeva l’antica residenza padronale; il fossato e le cortine murarie a picco erano l’ulteriore dispositivo di difesa del castello. Al suo interno, grazie agli ultimi restauri, sono venuti alla luce alcuni affreschi di scuola senese del Cinquecento; alcuni di questi, voluti da Niccolò IV degli Orsini, raffigurano la celebre canzone di Giovanni Boccaccio “Io mi son giovinetta” (Decamerone, IX giornata).
L’area più antica comprende anche una torre a sezione circolare, che era parte integrante dell’antica rocca aldobrandesca. La parte cinquecentesca della fortezza è costituita da un edificio, ristrutturato 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 scorsi. Il fabbricato è collegato a due bastioni angolari a punta, quello di San Marco a est e quello di San Pietro a ovest, dove è collocato anche un grande stemma d’angolo.