พระที่นั่งพิมานจักรี เป็นพระที่นั่งองค์ประธานของหมู่พระที่นั่ง เป็นอาคารอิฐ ฉาบปูน สูง ๒ ชั้น ลักษณะสถาปัตยกรรม ผสมผสานระหว่างโรมาเนสก์กับโกธิค มีลักษณะพิเศษคือ มียอดโดมสูงสำหรับชักธงมหาราช  เจ้าพนักงานจะอัญเชิญธงมหาราช (ธงครุฑ) สู่ยอดเสาขณะที่ประทับอยู่ที่พระราชวัง มีจิตรกรรมสีปูนแห้ง (fresco secco) บนเพดานและบริเวณด้านบนของผนังเขียนเป็นลายเชิงฝ้าเพดานรูปดอกไม้งดงาม บานประตูเป็นไม้สลักลายปิดทองลักษณะศิลปะวิคตอเรียน เหนือบานประตูจารึกอักษรพระปรมาภิไธย ร.ร. ๖ สำหรับห้องชั้นล่าง เช่น ห้องเสวยร่วมกับฝ่ายใน ห้องรับแขก ห้องพักเครื่อง ฯลฯ มีจิตรกรรมสีปูนแห้งที่น่าชมเช่นกัน ส่วนที่ประทับอยู่บริเวณชั้นสอง ซึ่งมีห้องที่น่าสนใจดังนี้

      ท้องพระโรงกลาง เป็นห้องเสด็จออกให้เฝ้าส่วนพระองค์ หรือเสวยแบบง่ายๆ ภายในตกแต่งแบบยุโรป มีเตาผิงซึ่งตอนบนประดิษฐาน พระบรมสาทิศลักษณ์พระบาทสมเด็จพระมงกุฎเกล้าเจ้าอยู่หัวเป็นปรานของห้อง ในกรอบที่ประดับด้วยตราจักรี ซึ่งเป็นสัญลักษณ์แห่งพระบรมราชจักรีวงศ์ภายในรูปวงรี และภายใต้พระมหาพิชัยมงกุฎล้อมรอบด้วยพระรัศมี

      ห้องพระบรรทมพระบาทสมเด็จพระมงกุฎเกล้าเจ้าอยู่หัว พร้อมห้องสรง ภายในตกแต่งลายเพดานงดงามด้วยจิตรกรรมเขียนด้วยเทคนิคสีปูนแห้ง เป็นภาพคัมภีร์ในศาสนาพุทธเขียนบนใบลาน และภาพพญามังกร หมายถึงสัญลักษณ์ของความเป็นพระราชา และปีพระราชสมภพ

    ห้องประทับของสมเด็จพระนางเจ้าอินทรศักดิศจี พระวรราชชายา ภายในมีจิตรกรรมสีปูนแห้งบนฝ้าเพดาน เป็นลายดอกไม้ ส่วนที่บัวฝ้าเพดานเป็นลายหางนกยูง เนื่องจากนกยูงเป็นสัญลักษณ์ของสมเด็จพระนางเจ้าอินทรศักดิศจี

      ห้องทรงพระอักษร เป็นห้องใต้โดมบนชั้นสอง ยังปรากฏตู้หนังสือแบบติดผนัง เป็นตู้สีขาวลายทองมีอักษรพระปรมาภิไธย ร.ร. ๖ อยู่ภายใต้พระมหาพิชัยมงกุฎทุกตู้ อยู่ติดกับบันไดเวียน ซึ่งสามารถขึ้นไปยังห้องใต้หลังคาโดมที่ปัจจุบันใช้เป็นที่ประดิษฐานพระบรม รูปพระบาทสมเด็จพระมงกุฎเกล้าเจ้าอยู่หัว