Wie die meisten Khmer-Tempel ist Vat Phou nach Osten ausgerichtet, obwohl die Achse acht Grad südlich von genauem Osten liegt, was vor allem durch die Ausrichtung des Berges und des Flusses bestimmt wird. Einschließlich der Barays (Stauseen) erstreckt sich die Anlage 1,4 km in östlicher Richtung von der Quelle am Fuße einer 100 m hohen Klippe auf dem Hügel. 6 Kilometer östlich des Tempels, am Westufer des Mekong, lag die Stadt, während eine Straße südlich des Tempels selbst zu anderen Tempeln und schließlich zur Stadt Angkor führte.
Von der Stadt aus erreicht (von der nur noch wenig übrig ist), besteht der erste Teil des Tempels aus einer Reihe von Barays. Nur ein einziges führt heute Wasser, das 600 mal 200 m große mittlere Baray, das direkt an der Achse des Tempels liegt; nördlich und südlich davon gab es Reservoirs, und ein weiteres Paar auf jeder Seite des Dammes zwischen dem mittleren Baray und den Palästen.
Die beiden Paläste stehen auf einer Terrasse auf beiden Seiten der Achse. Sie sind als Nord- und Südpalast oder, ohne Belege, als Männer- und Frauenpalast bekannt (die Bezeichnung „Palast“ ist eine bloße Konvention und ihr Zweck ist unbekannt). Beide Paläste bestanden aus einem rechteckigen Hof mit einem Korridor und einem Eingang auf der der Achse zugewandten Seite sowie Scheintüren an den östlichen und westlichen Enden. Die Höfe beider Gebäude haben Lateritmauern. Die Wände des Korridors des nördlichen Palastes sind aus Laterit, die des südlichen Palastes aus Sandstein. Das nördliche Gebäude ist heute in besserem Zustand. Die Paläste zeichnen sich vor allem durch ihre Giebel und Türstürze aus, die im frühen Angkor Wat-Stil gehalten sind.
Auf der nächsten Terrasse befindet sich im Süden ein kleiner Schrein für Nandi (Shivas Reittier), der in schlechtem Zustand ist. Die Straße, die Vat Phou mit Angkor verband, verlief südlich dieses Tempels. In westlicher Richtung führen mehrere Treppen auf weitere Terrassen; zwischen ihnen steht ein Dvarapala, der als König Kammatha, dem mythischen Erbauer des Tempels, verehrt wird. Auf der schmalen nächsten Terrasse befinden sich die Überreste von sechs kleinen Schreinen, die von Schatzsuchern zerstört wurden.
Der Weg gipfelt in sieben Sandsteinstufen, die zur oberen Terrasse und zum zentralen Heiligtum aufsteigen. Das Heiligtum besteht aus zwei Teilen. Der vordere Teil aus Sandstein wird heute von vier Buddha-Statuen eingenommen, während der hintere Teil aus Ziegelstein, in dem sich früher der zentrale Lingam befand, leer ist.
Das gesamte Dach fehlt, obwohl die Vorderseite notdürftig abgedeckt wurde. Das Wasser der Quelle, die etwa 60 m südwestlich des Heiligtums aus dem Felsen entspringt, wurde über steinerne Aquädukte in die hintere Kammer geleitet und badete kontinuierlich den Lingam. Das Heiligtum ist jünger als der Nord- und der Südpalast und stammt aus der Baphuon-Periode des späteren 11. Jahrhunderts. Die Ostseite hat drei Portale: von Süden nach Norden zeigen die Giebel Krishna, der den nāga Kaliya besiegt, Indra, der auf Airavata reitet, und Vishnu, der auf Garuda reitet. Die Ostwand trägt Dvarapalas und Devatas. Die Eingänge im Süden und Norden haben innere und äußere Stürze, darunter einen im Süden, auf dem Krishna Kamsa zerreißt.
Weitere Merkmale des Bereichs sind eine Bibliothek, in schlechtem Zustand, südlich des Heiligtums und ein Relief der Trimurti im Nordwesten. Weiter nördlich gibt es weitere Schnitzereien: einen Buddha-Fußabdruck an der Felswand und Felsbrocken in Form von Elefanten und einem Krokodil. Der Krokodilstein hat einige Berühmtheit erlangt, da er möglicherweise der Ort eines jährlichen Menschenopfers ist, das in einem chinesischen Text aus dem sechsten Jahrhundert beschrieben wird. Jahrhundert beschrieben wird. Diese Identifizierung wird durch die Ähnlichkeit der Abmessungen des Krokodils mit denen eines Menschen plausibel gemacht.