Угличский кремль расположен на высоком правобережье Волги, между впадающими в нее Каменным ручьем и рекой Шелковкой. Природные водоемы служили естественной защитой крепости. Для обеспечения полной безопасности от Каменного ручья до речки Шелковки был прокопан ров. Кремль, представляющий собой историко-архитектурный ансамбль, охватывает на своей территории церковь Димитрия на крови, княжеские палаты, колокольню, Спасо-Преображенский собор, здание городской думы. От существующих в прошлом оборонительных укреплений сохранились лишь фрагменты рва.
Церковь Димитрия на крови возведена на месте убийства царевича Димитрия Угличского. Ранее, в начале 17 столетия здесь построили часовню, которую в 1630 году сменила деревянная церковь. В конце того же века на ее месте построили ныне существующий каменный храм, расположенный в северо-восточной части Кремля. Пятиглавое сооружение включает паперти, трапезную, бесстолпный четверик. Его декоративные элементы выполнены в архитектурном стиле "русское узорочье", для которого характерны сложность композиции и затейливые формы.
На кроваво-красном фасаде ярко выделяются белые карнизы, наличники, полуколонны. В интерьере сохранились росписи, выполненные в 18 столетии. На них изображено убиение царевича и расправа толпы над убийцами. В трапезной росписи включают сцены из библейского сказания о сотворении мира. Объемно выполнены фигуры Адама и Евы, написанные мастером Хлебниковым в 1788 году. Реконструкция росписей была проведена во второй половине 20-го столетия. В храме хранится ссыльный колокол, известивший жителей города о смерти угличского царевича Дмитрия в 1591 году.
Княжеские палаты были построены удельным князем Андреем Горяем. Они представляют собой редкий памятник средневековой русской гражданской архитектуры. Палаты построили на одной из сторон широкого внутреннего двора. Рядом возвышался каменный Спасо-Пребраженский собор. Вход во внутренний двор вел с площади через двойные ворота. За ним находился переход, под которым был проезд к средней башне. Сохранившиеся кирпичные княжеские палаты являются парадной частью дворца, остальные, возможно, деревянные, не уцелели. К ним ведет, украшенная замысловатым декором лестница, также выполняющая роль крыльца. Парадные палаты представлены в виде одного большого зала, расположенного на третьем этаже. На первом находятся два помещения, на втором - три.
Спасо-Преображенский собор был построен в начале 18 столетия на месте, где ранее находился храм, возведенный князем Андреем Горяем. Пятиглавое сооружение обозревается с разных концов Углича и доминирует над другими строениями архитектурного ансамбля. Южный фасад собора украшен резным порталом и обращен к городу. Интерьеры венчает 14-метровый свод. Росписью внутренних стен храма руководил крепостной князя Голицына художник Медведев. Выполненные в ярких тонах сюжетные сцены гармонично сочетаются с декоративными археологическими элементами и визуально увеличивают пространство, как бы раздвигая стены. К югу от собора возвышается колокольня с часами, в декоративных деталях которой заметно влияние 17 столетия.