Die ältesten heute sichtbaren Teile der Burg stammen aus dem 12. Jahrhundert. Vom Hauptturm haben sich aus dieser Zeit die unteren drei Stockwerke und der darin integrierte Erker der quadratisch angelegten Kapelle erhalten. Teile der Ringmauer sowie der Brunnenturm, der zu den Wirtschaftsgebäuden zählt, sind weitere Zeugnisse der staufischen Anlage. Die Fassade der Burg wurde mit für die Stauferzeit typischen Buckelquadern ummantelt. Der Palas, der aus dem ersten Drittel des 13. Jahrhunderts stammt, hat sich bis in eine Höhe von 10 m erhalten.
Die Erscheinung der Burg im Äußeren und Inneren wurde von nicht befundgerechten Überformungen im nationalsozialistischen Zeitgeist der 1930er Jahre stark verändert. Palas und Turm waren ursprünglich niedriger angelegt, erst die Nationalsozialisten ließen sie auf die heutige Höhe aufstocken. Zudem war der Palas vermutlich kleinteiliger als es der heutige „Kaisersaal“ aus den 1930er Jahren suggeriert.

Der Grundriss der Burganlage wurde durch den Felsen vorgegeben. Die Kapelle und der Palas wurden axial zueinander angeordnet. Am höchsten Punkt der Felsklippe wurde vermutlich unter Friedrich I. Barbarossa (1155–1190 Kaiser des römisch-deutschen Reiches) ein Turm errichtet. Der Turm wurde ursprünglich freistehend errichtet, davon zeugt das alle Seiten umlaufende Buckelquadermauerwerk. Die obere Tür gehört noch zum Ursprungsbau. Es wird vermutet, dass sie über eine Holzbrücke mit einem salischen Vorgängerbau verbunden war. Im Obergeschoss des Turmes wurde eine Kapelle mit Gewölbe integriert. Diese wurde mit einem halbrunden Erker ausgestattet, der über die östliche Turmmauer ragte. Das Dach des Kapellenerkers bekrönt bis heute der sogenannte Trifelslöwe. Da der Brunnen außerhalb des Felsriffs lag, wurde er durch einen Turm gesichert, der bis zur Höhe des oberen Felsens reichte und über eine Brücke verbunden wurde.

Im Untergeschoss des Palas zeigt sich deutlich die Nutzung des Felsen zur Verankerung der Burg. Hier wird die Hälfte des Saals vom Felsen ausgefüllt.
Bezeichnend für die Architektur der Burg Trifels sind aber die Umbauarbeiten zwischen 1937 und 1946 unter der Leitung von Rudolf Esterer, die vor allem die Hauptgebäude wie den Palas und den Turm betreffen. Aufgrund der Erhöhung des Palas wurde der ursprünglich dreistöckige Hauptturm um ein Geschoss erweitert, sodass er wie in der ursprünglichen Konzeption den Palas überragt. ene.

Die Burg ist vollständig mit aufwändig gearbeiteten Buckelquadern ausgestattet. Diese Steinquader sind nur an den Rändern glatt bearbeitet, der restliche Stein ist roh belassen und steht daher hervor. Auch der Turm weist an allen Seiten Buckelquader auf. Das lässt darauf schließen, dass er wohl als freistehender Turm geplant war. Der Bauschmuck des Turms, insbesondere die Kapelle mit Apsis (halbrunde Nische), erinnert stilistisch an das Langhaus des Wormser Doms, das bis 1180 errichtet wurde. Das Innere der Kapelle wurde nachträglich umgestaltet, genau wie das Kreuzrippengewölbe, das vermutlich aus einer späteren staufischen Bauphase stammt. Vom Schmuck des Kapelleninneren ist durch Steinraub jedoch nur wenig erhalten. Außen wurde der Erker mit Blatt- und Schlingenornamenten verziert. Auf der Spitze des Erkerdaches wurde ein Löwe als Bildwerk eingefügt, der ein Beutetier in den Pranken hält. Zum Palas gehören sechs noch erhaltene Kelchkapitelle, die alle einer Bauphase zugeordnet werden. Stilistisch sind Ähnlichkeiten zu französischen Kathedralen um 1230 auszumachen. Aus dem Palas stammen sowohl romanischer als auch frühgotischer Bauschmuck. Daher ist von zwei Bauphasen des Palas auszugehen.

Mit dem Ende der Dynastie der Staufer verlor auch die Burg im 13. Jahrhundert an Bedeutung. Großflächige Brandschäden zog ein Blitzschlag 1602 nach sich. Dennoch konnte die Ruine in der ersten Hälfte des Dreißigjährigen Krieges als Zufluchtsort genutzt werden. Ab 1635 wurde die Burg verlassen, Säulen und Marmorplatten wurden als kostbares Baumaterial entnommen. Sanierungen wurden in den 1880er Jahren unter anderem am Brunnenturm durchgeführt. In den 1930er Jahren wurden der Palas und weitere Teile der Burg nach Plänen von Rudolf Esterer im Sinne der Nationalsozialisten umgestaltet. Bis in die 1980er Jahre hinein wurden bauliche Ergänzungen vorgenommen.

Erste archäologische Ausgrabungen wurden 1935 durchgeführt. Zu diesem Zeitpunkt war der Palas nach einem Brand 1602 und der darauffolgenden Nutzung der Burg als Steinbruch fast vollständig zerstört. Unterhalb des Trifels, am Ostabhang, fand man Mauerwerk, das vermutlich zur einer früheren, salischen Vorburg gehörte. Da jedoch keine schriftlichen Quellen hierzu bekannt sind und der Befund im dichten Bewuchs des Waldes heute nicht mehr zugänglich ist, können keine weiteren Aussagen getroffen werden. Original staufische Bausubstanz liegt am Brunnenturm und Turm vor, wobei der Turm nachträglich um ein viertes Geschoss erweitert wurde. Im Palas konnten Spuren von Mauern ausgemacht werden, die im Gegensatz zum Zustand nach dem Umbau durch die Nationalsozialisten auf eine kleinteiligere Gliederung des Raumes hindeuten. Zudem war der Saal ursprünglich zweigeschossig. Der Ausbruch des Zweiten Weltkriegs beendete die Grabungen. Stattdessen sollte die Burg wiederhergestellt werden, wobei konservatorisch-erhaltende Arbeiten zugunsten propagandistischer, freischöpferischer Ergänzungen in der Formensprache der Nationalsozialisten weichen mussten.