Die Mühlburg ist eine im Kern romanische Anlage. Die Kernburg besitzt eine Fläche von ca. 50 x 80 m, die Gesamtfläche mit Vorburg beträgt ca. 50 x 180 m. Der Eingang zur Hauptburg liegt im SO. Von der Burg haben sich vor allem Reste der romanischen Ringmauer, der Kemenate (längsrechteckiger Bau) sowie in der Kernburg der Bergfried und weitere Gebäudereste erhalten. In der Mitte des Burghofs, links der Kemenate, befindet sich der sogenannte Meinhardsbrunnen. In der Vorburg liegen die Fundamente der romanischen Radegundiskapelle, die 1332 erstmals urkundlich erwähnt und 1932/33 ausgegraben wurden. Radegundis war die Nichte des letzten thüringischen Königs Herminafrid, der 531 von den Franken ermordet wurde.
Den Rang als ältestes Bauwerk Thüringens teilt sich die Mühlburg mit der Cyriakskirche bei Camburg.
