Die Anlage des Schlosses in Neuweilnau gründet auf einer Burg, die zu Beginn des 14. Jahrhunderts durch die Grafen von Diez als Wohn- und Verwaltungssitz der Linie Diez-Weilnau initiiert worden war. Unter den 1326/1405 im Besitz nachfolgenden Grafen von Nassau-Weilburg erfolgte zunächst ein schrittweiser Ausbau und im 16. Jahrhundert schließlich die Umwandlung in ein Residenzschloss im Stil der Renaissance. Ergebnis dieser ineinander greifenden und durch das Bestehende jeweils bedingten Vorgänge war eine stilvielfältige Gruppierung von zweckunterschiedlichen Bauten, die, wenngleich im Bestand nachhaltig reduziert, vor dem Hintergrund der restlichen Befestigung und des Hains ein äußerst impressives Gesamtbild abgeben. Mit zur Burg gehörten auch Anlagen wehrtechnischer Art im Außenbereich Neuweilnaus, die in den Flurnamen „Vorderste Warte“ und „Hinterste Warte“ (eine davon im frühen 16. Jahrhundert genannt) tradiert werden.

Der in seinen wesentlichen Teilen erkennbare mittelalterliche Befestigungskomplex besteht aus dem mit einem Brunnenhäuschen ausgestatteten Hof, an den sich ein Ostzwinger und ein tiefer liegender Westzwinger anschließen. Diese beiden ehemals im Schutz hochragender Mauern gelegenen Freiflächen waren während der Residenzzeit im ausgehenden 15. und im 16. Jahrhundert wohl als Nutz- und Ziergärten angelegt. Im Norden erhalten ist der Stumpf eines in der Ringmauer aufgehenden Rundturmes, der im Sockel einen in die seitlichen Untergründe führenden Gang enthält. Jenseits des aus dem Fels gehauenen und noch mit Wasser gefüllten Grabens liegen ein halbrund beschlossener Zwingerbereich (Kernburg?) und die Vorburg, durch welche die vom Städtchen hochführend Zufahrt verläuft.

An den jeweils äußersten Grenzlinien des Hofes angesiedelt sind im Norden der Hauptbau, im Süden der Torbau und über dem Westzwinger zwei langgestreckte Nebengebäude. Das Hauptbau des Schlosses resultiert aus vier Bauphasen, die sich in groben Zügen wie folgt differenzieren lassen. Noch mittelalterlich ist die über leicht trapezförmigem Grundriss in starkem Mauerwerk erbaute, östliche Erdgeschosshälfte (ohne östlichen Abschluss). Sie lässt sich aufgrund einiger im barocken Dachwerk in Zweitverwendung auftretender Sparren (Holzeinschlag 1439/40) in die Mitte des 15. Jahrhunderts datieren. Aus einer 1563-66 von J. Seck durchgeführten Um- und auf Repräsentation hin angelegten Neubaumaßnahme hervorgingen des Weiteren der über einem Gewölbekeller erstellte Westbau mit talseitigen Standerkern sowie der ins südwestliche Mauerwerk des Altbaus eingesetzte oktogonale, an der Fassade dreiseitig austretende Treppenturm (zeitliche Gleichsetzung dieser Teile aufgrund von am Kellereingang und am Turmmauerwerk identisch vorhandener Steinmetzzeichen). Zu Beginn des 18. Jahrhunderts erfolgte eine beide Teile umfassende und wohl die Schäden des Dreißigjährigen Krieges behebende Erneuerung, die (anstelle der ehemals vermutlich in Fachwerk aufgeführten Obergeschosse) eine Aufstockung in Massivbauweise, das Aufsetzen neuer und dieselbe Firsthöhe beachtender Dachstühle (das Holz der westlichen Seite 1701, dasjenige der östlichen 1705 eingeschlagen) und die Errichtung des Turmbesatzes mit Glockentürmchen und Welscher Haube beinhaltete. Möglicherweise standen diese Bauarbeiten ebenfalls unter Aufsicht von Benedikt Burtscher, dessen Name im Zusammenhang mit der 1709 erfolgten Abtragung des (einsturzgefährdeten) Bergfriedes fällt. Der Innenausbau des Schlosses unterblieb indes und wurde erst anlässlich der Sanierung 1882/83, als der Bau zur Nutzung durch die Preußische Forstverwaltung hergerichtet und ergänzt wurde, ausgeführt.

Im Gegenüber des Hauptbaus war 1565/66 wohl anstelle des Burgtors das Torgebäude errichtet worden, in dem auch die Kanzlei ihren Platz fand. Das massiv erstellte Erdgeschoss enthält neben dem mittig laufenden, tonnengewölbten Torweg hofseitig durch Rundbogentüren erschlossene Räume – dort über dem linken Eingang die Baudaten. Der Oberbau ist in auf Knaggen vorkagendem Fachwerk erstellt, dessen mit Mannfiguren ausgesteifte Konstruktion, die in den Brüstungsgefachen Schmuck in Form von Feuerböcken zeigt, lediglich zum Hof hin der Ansicht freigegeben ist. Parallel zum anschließenden Nebengebäude verlaufend seine sandsteinerne Außentreppe. Das Satteldach beidseitig lebhaft gestaltet, so nach Süden mit drei und schlossseitig nebst mittigen Gaupen mit zwei seitlichen, ebenfalls über der Traufe aufstehenden Zwerchhäusern.