Es impresionante la ubicación de este alargado castillo en la cima de una colina, dominando la población de Peñaranda de Duero y el Valle del río Espejón (Castilla y León). El castillo de Peñaranda de Duero fue construido durante la conquista (siglo XI) para frenar el avance de los árabes y expulsarlos de sus tierras. En el siglo XV esta plaza adquirió gran importancia y la fortaleza fue reconstruida siguiendo el diseño del castillo de Peñafiel. Tal es la semejanza, que lo imitó hasta en sus defectos arquitectónicos, aunque no llegue a igualarle en su refinamiento ni en el extraordinario impacto que produce la vista.
La estructura del castillo de Peñaranda de Duero es relativamente tosca en su mayor parte, aunque en determinadas secciones se advierte una mayor elegancia como en la esbelta y proporcionada torre del homenaje y en el uso de troneras en forma de ojo de cerradura invertido junto con saeteras convencionales.
En el centro del castillo de Peñaranda de Duero destaca la torre del homenaje, una gran edificación de planta cuadrada. Consta de cuatro pisos, decorados con vigas de madera una terraza. Apenas existen vanos en la torre. En el segundo piso destaca una ventana arqueada. La entrada tiene arco ojival y está defendida por dos cubos y un tercero que hace de ángulo.
Sus perfectas proporciones hacen que se la considere como una de las mejores construcciones de sus características en la provincia de Burgos pese a que el constructor del castillo de Peñaranda de Duero no estuvo muy acertado a la hora de resolver el problema de la colocación continua de los matacanes.
Una ancha muralla protegía el castillo y el actual casería. En la actualidad, han desaparecido en su mayor parte y solo se conserva algún paramento y dos puertas de los lienzos más antiguos. Para la construcción del castillo de Peñaranda de Duero se empleó predominantemente la mampostería, a excepción de las zonas esquineras, el coronamiento de la torre y las dovelas de las puertas, que son de sillería.
El conjunto formado por el castillo, el palacio de Avellaneda y el pueblo, fue declarado Conjunto Histórico Artístico en 1931, y constituye uno de los lugares de mayor interés turístico de Burgos.