原爆死没者慰霊碑、原爆供養塔、平和の鐘、原爆の子の像、レストハウスなどが主な建築物。南側に広島平和記念資料館、広島国際会議場、北東に原爆ドームがある。

原爆ドーム・慰霊碑・資料館を結ぶ南北軸と、資料館を中心とする3棟の建物による東西軸からなる公園の計画は、当時の若手建築家・丹下健三の設計による。資料館と慰霊碑も丹下の設計。また、公園南側の平和大橋・西平和大橋はアメリカ人彫刻家・イサム・ノグチの設計（本来は慰霊碑の設計も行ったが却下された。原爆死没者慰霊碑の項参照）。建築に当たっては、敷地内に住んでいた住民らによる多くのバラックを撤去することとなった。また、敷地内を走っていた古くからの繁華街の道（中島本通）は残されることになった（平和公園が所在する中島地区の戦前の歴史については中島町界隈を参照のこと）。

2002年8月1日には新たに国立広島原爆死没者追悼平和祈念館が建設された。

レストハウス近くにある『平和の灯』は、宮島の弥山にて、弘法大師が修行した時より1200年間燃え続けている消えずの霊火より採火された。

公園の北側は広島市中央公園と隣接している。