主体建筑在中路的中轴线上,主要有三开间的黑色大门上方，悬挂雍正皇帝手书“直隶总督部院”匾额，封闭式的格局和威严的气氛给人一种望而生畏的感觉。迎送宾客的仪门, 写有"尔傣尔禄,民膏民脂,下民易虐,上天难欺"的公生明牌坊,官员办理各种文牍事务的吏、户、礼、兵、刑等科房，不过，由于衙署地处天子脚下，因此，所有建筑都比较朴素，没有什么油漆彩画和其他华丽装饰。
总督大堂一般不直接用来审理各类案件，主要是总督举行隆重贺典和重大政务活动的地方，如承接谕旨、拜发奏折以及对皇帝、太后、皇后生辰吉礼的朝贺等。
由大堂穿厅而进是二堂，主要用于总督接见外地官员和僚属，举行一般性礼仪活动以及审理案件。二堂东侧为议事厅，是总督上堂后暂时休憩并与幕僚们议事之处；西侧称启事厅，是书吏们整理案卷，以便总督处理政务的地方。
由二堂向里有花墙相隔，中间有通向内宅官邸及上房的直廊及垂花门。官邸是总督处理日常政务、批阅公文之所；上房则是总督及其眷属生活居住的地方。平时内宅严禁外人进入。总督府东路的主要建筑有武成王庙、寅宾馆、幕府院、东花厅等；寅宾馆主要用来招待贵宾。西路的主要建筑有吏舍、马厩、幕府院及小教场等。
在中国近代史上，直隶总督署曾与不少重要事件直接相关。光绪二十六年（1900年），义和团运动如火如荼，保定是义和团运动的重要中心。同年10月，英、法、德、意四国侵略军进犯保定，总督署被占领。《马关条约》、《辛丑条约》的签订。留守总督署的廷雍等清室官员遵照直隶总督李鸿章“以礼相待”的指令，命直隶守军撤离省城，任侵略军烧杀抢掠，然而，侵略者却在总督署大堂以纵容“拳匪”杀洋人、烧教堂的罪名嫁祸于人，将廷雍、沈家本等清室官员加以审讯，并处以极刑，枭首示众。外国侵略者端坐于总督署大堂审判中国官员，这在中华民族和直隶总督署的历史上都是奇耻大辱，也是落后必然挨打的惨痛教训。
前事不忘，后世之师。直隶总督署博物馆丰富的历史内涵正是今天进行爱国主义教育的好教材。人们走进博物馆，不仅能领略总督署特有衙署建筑风貌，同时也能从发生在这里的历史事件中学到知识，受到儆诫。中国近代史是一部沉重的历史，面对一次次失败屈辱的历史事件（甲午海战失败，八国联军入侵，不平等条约签订……）每一个有良知的中国人都能深刻地认识到落后的代价是惨重的，中国需要改革，中国必须强盛，从而激发人们热爱祖国，建设祖国的美好情怀。如今，直隶总督署博物馆以其丰富的历史内涵分别被命名为省市"爱国主义教育示范基地"、"青少年教育基地"和"中小学生德育基地"。
