มีขนาดใหญ่ที่สุดในจำนวนปรางค์ทั้งสามองค์ สร้างขึ้นช่วงพุทธศตวรรษที่ 16-17 หันหน้าไปทางทิศใต้ ต่างจากปราสาทขอมแห่งอื่น ๆ ที่มักจะหันหน้าไปทางทิศตะวันออก สันนิษฐานว่าหันไปยังที่ตั้งเมืองพระนคร ซึ่งเป็นเมืองหลวงศูนย์กลางอำนาจของขอมในอดีต บ้างก็ว่าเป็นคติทางพุทธศาสนาที่ถือทิศใต้เป็นทิศแห่งการมีชีวิต
องค์ปรางค์ตั้งอยู่บนฐานสูงสองชั้นสลักลวดลายต่าง ๆ เช่น ลายประจำยาม ลายกลีบบัวอย่างสวยงาม ก่อด้วยหินทรายสีขาวทำเป็นชั้นซ้อนกันขึ้นไปห้าชั้น ที่ส่วนยอดจำหลักเป็นรูปครุฑแบกทั้งสี่ทิศ เหนือขึ้นไปสลักเป็นรูปเทพประจำทิศต่าง ๆ และรูปดอกบัว นับเป็นลักษณะสถาปัตยกรรมที่ต่างจากปราสาทหินที่พบทั่วไป
จากองค์ปรางค์ประธานมีมุขเชื่อมต่อกับห้องรูปสี่เหลี่ยมทางด้านทิศใต้หรือด้านหน้า ทำให้ภายในปรางค์ดูกว้างขวาง
ทับหลังและหน้าบันที่ประดับองค์ปรางค์ประธานส่วนใหญ่เล่าเรื่องรามายณะ และคติความเชื่อในศาสนาฮินดูหรือพราหมณ์ เช่น หน้าบันด้านทิศใต้ หรือด้านหน้าก่อนเดินเข้าในองค์ปรางค์เป็นภาพศิวนาฏราช หรือพระศิวะฟ้อนรำ 108 ท่า ในศาสนาฮินดูเชื่อว่า เมื่อใดที่พระศิวะฟ้อนรำผิดจังหวะ เมื่อนั้นโลกก็จะเกิดกลียุค นอกจากนี้ยังมีทับหลังที่จำหลักภาพอันเป็นหลักฐานสำคัญ ว่าปราสาทหินพิมายเป็นศาสนสถานในพุทธศาสนา คือภาพพุทธประวัติตอน "มารวิชัย" และพระโพธิสัตว์ในพุทธศาสนาลัทธิมหายาน