พระราชวังตั้งอยู่ทางด้านตะวันออกของอุทยานเปนา ซึ่งต้องเดินผ่านอุทยานเพื่อไปยังทางลาดชันที่สร้างโดยบารอนแห่งเอชเวเก ซึ่งเป็นทางขึ้นไปยังอาคารที่มีลักษณะคล้ายปราสาท พระราชวังแห่งนี้ประกอบด้วยปีกสองส่วน คือ อดีตอารามมานูเอลีนของคณะนักบุญเจอโรม และปีกที่สร้างขึ้นในศตวรรษที่ 19 โดยพระเจ้าเฟอร์ดินานด์ที่ 2 ปีกอาคารเหล่านี้ถูกล้อมรอบด้วยโครงสร้างทางสถาปัตยกรรมที่สาม ซึ่งเป็นปราสาทในจินตนาการในรูปแบบสุดอลังการ กำแพงของปราสาทสามารถเดินรอบได้ และประกอบไปด้วยเชิงเทิน หอสังเกตการณ์ อุโมงค์ทางเข้า และแม้แต่สะพานชัก

ในปี ค.ศ. 1838 พระเจ้าเฟอร์ดินานด์ที่ 2 ทรงได้ครอบครองอดีตอารามฮีโรนีไมต์แห่งพระแม่มารีแห่งเปนา ซึ่งสร้างขึ้นโดยพระเจ้ามานูเอลที่ 1 ในปี ค.ศ. 1511 บนยอดเขาเหนือเมืองซินตรา และถูกปล่อยทิ้งร้างมาตั้งแต่ปี ค.ศ. 1834 เมื่อคณะนักบวชถูกยุบในโปรตุเกส อารามแห่งนี้ประกอบด้วยลานภายในและอาคารประกอบ โบสถ์น้อย ห้องเก็บเครื่องใช้ในพิธี และหอระฆัง ซึ่งปัจจุบันตั้งอยู่ทางด้านเหนือของพระราชวังเปนา หรือที่รู้จักกันในชื่อพระราชวังเก่า พระเจ้าเฟอร์ดินานด์ทรงเริ่มต้นด้วยการซ่อมแซมอารามเก่า ซึ่งตามแหล่งข้อมูลทางประวัติศาสตร์ในสมัยนั้นระบุว่าอยู่ในสภาพทรุดโทรมมาก เขาปรับปรุงชั้นบนทั้งหมด โดยเปลี่ยนห้องเล็กๆ 14 ห้องที่พระภิกษุเคยใช้เป็นห้องขนาดใหญ่ขึ้น และติดตั้งเพดานโค้งซึ่งยังคงเห็นได้จนถึงทุกวันนี้ ราวปี ค.ศ. 1843 พระมหากษัตริย์ทรงตัดสินใจขยายพระราชวังโดยการสร้างปีกอาคารใหม่ (พระราชวังใหม่) ที่มีห้องขนาดใหญ่ขึ้น (ห้องโถงใหญ่เป็นตัวอย่างที่ดี) และมีหอคอยทรงกลมอยู่ถัดจากห้องครัวใหม่เป็นส่วนปลายสุด งานก่อสร้างได้รับการควบคุมดูแลโดยบารอนแห่งเอชเวเก

งานบูรณะในปี 1994 ได้ฟื้นฟูสีดั้งเดิมของภายนอกพระราชวัง โดยส่วนที่เป็นอารามเดิมเป็นสีชมพู และส่วนที่เป็นพระราชวังใหม่เป็นสีเหลืองอมน้ำตาล ในการเปลี่ยนอดีตอารามให้กลายเป็นที่ประทับคล้ายปราสาท พระเจ้าเฟอร์ดินานด์ทรงแสดงให้เห็นว่าพระองค์ได้รับอิทธิพลอย่างมากจากศิลปะโรแมนติกของเยอรมัน และพระองค์น่าจะได้รับแรงบันดาลใจจากปราสาทสโตลเซนเฟลส์และไรน์สไตน์ริมฝั่งแม่น้ำไรน์ รวมถึงพระราชวังบาเบลสเบิร์กในพอตส์ดัม งานก่อสร้างที่พระราชวังเปนาเสร็จสิ้นลงในช่วงกลางทศวรรษ 1860 แม้ว่าจะมีการดำเนินการเพิ่มเติมในภายหลังเพื่อตกแต่งภายในก็ตาม พระเจ้าเฟอร์ดินานด์ทรงมีพระราชดำริให้จัดสวนเปนาในบริเวณรอบพระราชวังในรูปแบบของสวนโรแมนติกในยุคนั้น โดยมีทางเดินคดเคี้ยว ศาลา และม้านั่งหินวางไว้ตามจุดต่างๆ ตลอดเส้นทาง รวมทั้งต้นไม้และพืชพันธุ์อื่นๆ ที่มาจากทั่วทุกมุมโลก ด้วยวิธีนี้ กษัตริย์จึงใช้ประโยชน์จากสภาพอากาศที่อบอุ่นและชื้นของเนินเขาซินตราในการสร้างสวนใหม่ที่แปลกตาและมีต้นไม้มากกว่าห้าร้อยสายพันธุ์ พระราชวังเปญาได้รับการกำหนดให้เป็นอนุสรณ์สถานแห่งชาติในปี พ.ศ. 2453 และเป็นส่วนหนึ่งของภูมิทัศน์ทางวัฒนธรรมของเมืองซินตรา ซึ่งได้รับการจัดให้เป็นมรดกโลกโดยองค์การยูเนสโกตั้งแต่ปี พ.ศ. 2538