Burg Wilhelmstein ist eine langgestreckte Höhenburg über dem Würmtal, bestehend aus Hauptburg und kleiner, zweiflügeliger Vorburg. Einst war die Burg eine wichtige Ausfall- und Verteidigungsstellung gegen Aachen und Limburg. An der Nordseite des Torbaus befindet sich ein schwerer Rundturm, südlich des Torbaus mit gotischer Durchfahrt befindet sich der Überrest eines quadratischen Turmes. Im Westen der Hauptburg befindet sich die Ruine des ehemals fünfgeschossigen Bergfrieds (Höhe 24 m). Vom südlich anschließenden langgestreckten Palas hat sich nur ein Teil der Außenwand erhalten.
Die Burg Wilhelmstein wurde auf den Fundamenten der zerstörten Feste Valencia (erbaut 1216 durch Erzbischof Engelbert I. von Köln) errichtet.