야마가타성은 혼마루(2.83헥타르) · 니노마루(27.99헥타르) · 산노마루(234.86헥타르)를 3겹의 해자와 토루로 둘러싸인 윤곽식 히라지로(평지에 축성한 성)이며, 도호쿠에서 최대 규모의 성입니다. 외곽인 산노마루는 현존하는 일본 최대 천수각을 보유한 히메지성의 외곽(약 233헥타르)과 내곡륜(약 23헥타르)의 규모를 훨씬 웃돕니다. 「기타노 세키가하라 전투」라 불린 게이초 데와 합전에서는 성곽이 안개로 가려져 보이지 않았다 하여 현지에서는 「가스미가조(안개성)」이라고도 불렸다고 합니다.

석벽에는 마미가사키 강에서 채굴된 옥석(안산암)을 깨부순 석재를 이용해 깨진 면을 전면으로 이용했습니다. 혼마루(성의 중핵 구역)에는 고텐(어전)만 있고 천수각은 없었습니다만 니노마루에는 에도시대 전기까지 산가이야구라(3층 망루)가 있었습니다. 현존하는 니노마루 해자, 토루, 석벽은 모가미 씨 개역(면직) 후 겐나 8년(1622년)에 성주가 된 도리이 다다마사(鳥居 忠政)와 그 후의 호시나 마사유키(保科正之)에 의해 개수한 것으로 전해집니다.