法國攝影師艾米爾基瑟爾是世界上最早拍攝吳哥窟照片的攝影師。1866年他發表的吳哥窟照片使人們可以目睹吳哥窟的雄偉風采。
1907年，暹羅將暹粒、馬德望等省份歸還柬埔寨。1908年起，法國遠東學院開始對包括吳哥窟在內的大批吳哥古跡進行為期數十年的精心細致的修復工程。
吳哥窟的190米寬的護城河，如一道屏障，阻擋森林的圍困，因此吳哥窟比其他吳哥古跡，保存得最完整。但仍然雜樹叢生，有些樹根深植入部分建筑物的紅壤磚縫隙，逐漸將縫隙擴大，最后將紅壤磚推落，使建筑物坍塌。
修復工程包括幾個方面的工作：清除雜草、樹林、積土、白蟻，穩定地基，支撐搖搖欲墜的建筑物，然后運用考古學家在希臘雅典和印度尼西亞爪哇等地古跡重建工作中發展起來的分析重建術，運用在吳哥古跡的重建上。
清理吳哥窟的工程在1911年完成，30年代，開始用分析重建術復原吳哥窟。分析重建法要求必須用遺址的原來材料，按原來的古代的建造方法復原遺址，只有在原物無存的情況下才允許適當使用代替物。
這項工作到了六十年代曾因柬埔寨政局動蕩而停頓，于1990年代重新展開。吳哥寺在十四世紀中葉成為大乘佛教寺，因十三世紀時真臘國王阇耶跋摩七世奉大乘佛教為國教。
十五世紀初葉暹羅入侵吳哥之后。因暹羅人信奉上座部小乘佛教，吳哥寺變為上座部佛寺。此后吳哥寺一直是上座部小乘佛寺，延續至今。
吳哥窟的護城河呈長方形如口字。東西方向長1500米，南北方向長1350米，全長5700米；河面寬190米。護城河外岸有砂巖矮圍欄圍繞。
護城河上正西、正東各有一堤通吳哥窟西門、東門；東堤是一道土堤，西堤長200米，寬12米，上鋪砂巖版，古時西堤是裹金的。護城河內岸留開一道30米寬的空地。圍繞吳哥寺的紅土石長方圍墻。
圍墻東西方向長1025米，南北方向闊802米。高4.5米。圍墻正面中段是230米長的柱廊，中間樹立三座塔門。正中的一座塔門，是吳哥窟的山門，它和左右兩塔門有二重檐雙排石柱畫廊連通。畫廊外側（西側）石柱頂部的天花板。裝飾著蓮花和玫瑰花圖案。
各塔門都有縱通道、橫通道，交叉成十字形，縱通道以出入寺院，橫通道以游覽畫廊。此三座塔門的縱通道特別寬闊，可容大象通過，又名象門。
三座塔門的頂部塔冠，雖已殘缺不全，但正中的一座，恰好比左右兩座高些。仍然像一個山字形，多少保留著原來比例，和吳哥窟頂層正面看的三座寶塔相呼應。圍墻的其他三面的塔門。較小和簡單，而且只有小徑可通，很少人去。
南塔門之下供奉一尊毗濕奴雕像。蘇耶跋摩二世在位時，這尊毗濕奴像原本是供奉在吳哥寺頂層神庵內，在吳哥寺改宗佛教后，由頂層神庵請來此地守護。畫廊內側（東側）是石壁。間以葫蘆欞窗。畫廊壁朝吳哥窟畫廊女神浮雕 西的一面飾以舞女浮雕；畫廊壁朝東的一面，裝飾著跳舞或騎獸武士和飛天女神。門南的一尊飛天女神浮雕。是寺廟內獨一無二露齒微笑的飛天女神。由圍墻包圍的寺廟大廣場，占地面積82公頃。
除去位居中央的寺廟，這一片廣場是古代城市和王宮的遺址，王宮遺址在寺北。如今古城和古王宮都蕩然無存，滿地被森林覆蓋，只遺留下一些街道的輪廓。
由寺廟圍墻西塔門通寺廟西山門的大路，寬9.5米，長約350米，高出地面1.5米，路面用砂巖石片鋪砌；石路左右兩邊排列著七頭眼鏡蛇保護神。路南、北各有一座名為藏經閣的建筑物，其每個基點上都有出入口。
往東，路北，在藏經閣和寺廟之間，有一片荷塘，綻放各色荷花；路南對稱位置的水塘，則是清水一泓。路段盡頭是一條通吳哥寺廟山門的十字陽臺，稱為王臺。王臺左右有獅子守護。水塘和王臺都是后人添加的。
十字王臺盡頭是吳哥寺的中心建筑群。它基本是由大、中、小三個以長方形回廊為周邊的須彌座，依外大內小、下大上小的次序堆疊而成的三個圍囿，中心矗立五座寶塔為頂點，象征須彌山。
美國學者艾麗娜曼妮卡解釋這三層回廊各代表國王、婆羅門和月亮、毗濕奴。各回廊的每個基點上建立廊門，上中兩層的回廊，四隅設置塔門，每層塔門的四座寶塔，中央寶塔形成五點梅花圖案。
由于寺廟的朝西取向，因此上一層須彌座的位置，并非在下一層須彌座的正中，而是略略靠后偏東，為西邊畫廊留出更多空間；因為同樣原故，西邊的臺階不如東邊臺階陡峭。
第一層的須彌座由砂巖石壘成，高出地面約3米；須彌座之上，有高3米許的回廊，圍繞吳哥寺如口字。吳哥窟護城河。
回廊長方形，南北方向長190米，東西方向長220米。回廊四周，共有四座塔門和八座廊門，四隅各一座塔門，正西、正東各三座廊門，正北、正南各一座廊門。塔門和廊門有內、外二石階，可通第一層內院、寺廟外院。
回廊的內側墻壁既是寺的外墻兼巨型畫廊。回廊的外側，有兩排并列的方石柱，其中一排支撐畫廊拱頂，另一排支撐半拱頂邊廊。回廊的二重檐拱頂。覆蓋陶瓦，保護畫廊壁上的石雕，不受日曬雨淋。
畫廊的石壁。排列雕工精細的八幅巨型浮雕。每幅浮雕高二米余，長近百米，全長達七百余米，繞寺一周。浮雕描繪印度兩篇著名梵文史詩《羅摩衍那》、《摩訶婆羅多》中的故事和一些吳哥王朝的歷史。
從西北壁角按反時鐘方向，西畫廊展示羅摩衍那中阿逾陀國王子羅摩（rama）擊敗羅剎魔王羅波那（ravana）的場面，和摩訶婆羅多中佧拉婆族和班度族戰爭的故事。
南畫廊有幾幅浮雕，和吳哥王朝歷史有關。其中一幅描繪蘇耶跋摩二世頭戴王冠，在寶座上赤足盤腿而坐。左手向左指，后手靠著寶座扶手，左右侍從各二，手執長扇。為王扇風，身后還有宮女，手持巨型蠟燭，白日點燃。
傳說故事，接下去是印度神話中32層地獄和37重天堂。東畫廊描繪古印度神話普拉納斯中一個著名的故事：毗濕奴攪乳海：毗濕奴令92尊阿修羅和88尊天神把蛇王婆蘇吉（vasuki）充繩索攪動乳海。
接著的毗濕奴擊敗阿修羅的場面是16世紀后人所加。北畫廊顯示毗濕奴第八化身黑天戰勝阿修羅班那。西北和西南角廊的畫面較小，一般多是描述羅摩衍那或黑天的故事。
進入第一層回廊西門，踏入一個名為“千佛閣”的田字閣，四周環繞回廊。田字閣被中央的十字游廊間隔為四個院落，其地面比十字游廊和回廊低約一米。原為水池，現不蓄水。田字閣的南北廊，寬約3米。外側封閉，內側立雙排方柱。
十字游廊由兩道游廊交叉成十字形，每道游廊由中廊、左偏廊、右偏廊三部分組成，由四行方柱支撐。兩行內方柱支撐中廊，兩行外方柱支撐各自的偏廊。中廊寬約3米，高約4.5米。上半是墻壁，下半是方柱。
石柱底部有飛天女浮雕。一些柱身和柱墻還殘留深紅色的涂漆，由此可窺見八百多年前吳哥窟全盛時期之輝煌景象。主廊頂呈蛋尖拱形，以陶瓦蓋頂。左右偏廊，寬約2.5米，高約3米；游廊總寬度約8米。
幾世紀來，朝拜者曾在閣內留下許多佛像，不過大部分佛像現在已被挪走。閣內還有不少頌揚朝拜者善行的銘文，多數是高棉語，一些是緬甸語。田字畫閣之外的院子，乃寺廟第一層圍囿的內院，如反匚字形。
在第一層圍囿的西北角和西南角，各有一座藏經閣。田字閣的北廊、中廊和南廊各有石階廊西通寺廟的第二層圍囿。
第二層臺基又高出第一層臺基五米半，四周也有長方形回廊，東西方向長約115米，南北方向寬約100米。回廊沒有石柱，也沒有偏廊，兩壁分布豎葫蘆欞窗，間以天神浮雕。回廊共有十座廊門，四隅各一，東南北各一，西邊三座。
每座廊門有內外二石階，下通第一圍囿內院，內通第二圍囿內院。西邊的三座廊門，通第一圍囿的田字閣。第二層回廊四角的塔門，頂部各矗立一座寶塔；因年久失修，四座寶塔的頂部大半缺損，九層寶塔只剩二三層。
第二圍囿內院的西南、西北隅各有一座小型的藏經閣。兩座藏經閣之間由一個十字形陽臺的南北道相連，陽臺的東西道連接第二層回廊的西門和第三層回廊的西門。這個十字陽臺也是后人添加的。
寺廟的第三層臺基，即最內和最高層臺基，稱為巴甘，正方形，形如金字塔，但由兩段疊成，巍然拔地而起12米，比一、二層臺基高一倍。臺基四周有十二道臺階，東南西北每邊各三道，十二道臺階都十分陡峭，必須手腳并用，匍匐攀登，象征登天之艱辛。
臺階之上的田字形重檐畫廊，60米見方，上立五座寶塔，四隅各一塔門，正中矗立一座42米高的大主塔，塔頂離地65米，主塔比四個角塔高大；五座寶塔，排成五點梅花式。每塔內設神龕。
主塔的神龕，最初四通，中供毗濕奴一尊，在改奉上座部佛教后，中供佛像，三面用佛像壁圍攏。各塔門之間，塔門與主塔之間，由田字畫廊相連。
田字畫廊由回廊和十字游廊組成，回廊分主廊和偏廊兩部分，主廊靠外的墻壁分布著豎葫蘆欞窗，在正東、正西、正南、正北四個基點則分布長方形無欄窗。主廊的內側為立柱排，主廊上有高五米的拱頂，偏廊內側排列立柱，半拱頂高三米。
十字游廊有一走廊，二偏廊，一拱頂，二半拱頂，左右各二排方石柱。田字廊的拱頂和半拱頂上鋪陶瓦。畫廊頂部的天花板刻獅頭蛇像，畫廊和神龕入口有布滿雕飾的門楣和三角墻。
回廊東南西北四邊的正中各有廊門，每廊門有臺階下通第二層；回廊四隅的塔門，各有二道臺階下通第二層。
吳哥窟布局十分均稱，富有節奏。吳哥窟建筑群，有兩種形式的對稱，鏡像對稱和旋轉對稱。從護城河、外郭圍墻到中心建筑群，以橫貫東西方向的中軸線為中心，呈現準確的鏡像對稱：甚至廣場大道中軸線上南北兩個藏經閣、兩個水池，也對稱的分布在兩邊。
從廣場大道望吳哥寺見正中一高塔，兩座較小的塔在左右對稱地陪襯著，構成一個山字形。寺廟頂層的五子梅花塔群，除了中軸對稱之外，有更嚴謹的兩種旋轉對稱：從東、西、南、北四方，呈現相同的山字形構圖，成90度旋轉對稱。
還有第二組90度旋轉對稱：從西北、西南、東南、東北、四個對角方向看，也是一樣的山字形構圖。五座寶塔也只有如此安排，才有最大限度的對稱效果，四面八方地重復展示同一造型主題。
臺基結構，源自希臘，傳入印度，從印度傳入真臘后，演變成為吳哥窟建筑重要特色之一。可能是因為柬埔寨常遭受媚公河泛濫之災，時至今日許多民居任搭在高架上以避洪水，吳哥許多古跡都臺基。
十世紀初的巴肯寺有五層臺基，十世紀中葉的空中宮殿有四層臺基。吳哥的臺基起初可能是避洪水，到后來臺基發展成為吳哥建筑藝術的一個重要組成部分，河水不到的高層建筑，如吳哥窟第二三層的內院小藏經閣，也都有了臺基。
十三世紀中葉吳哥窟的三重臺基和五座中央寶塔更成為印度神話中須彌山的象征。須彌山有五座山峰。巴肯山寺、空中宮殿雖有多重臺基，但畢竟只有一座中心寶塔，還未能完全代表須彌山。吳哥窟頂層有五座寶塔，則完全地象征須彌山的五峰。(
