So với 6 khu lăng khác của các vua nhà Nguyễn, lăng Khải Định là lăng sau cùng, có mặt bằng kiến trúc nhỏ hẹp nhất. Tuy nhiên, đây lại là công trình đòi hỏi nhiều nhất về thời gian, sức lực và tiền của: nếu lăng Gia Long xây trong 6 năm (1814–1820), lăng Minh Mạng trong 4 năm (1840–1843), lăng Tự Đức 3 năm (1864–1867), thì công cuộc xây dựng lăng Khải Định kéo dài đến 11 năm (1920–1931).

Dưới thời Khải Định (1916–1925), ngoài lăng này, còn có một loạt công trình kiến trúc khác được thực hiện theo một kiểu cách mới, phù hợp sở thích của nhà vua: dùng vật liệu bê-tông, trang trí bằng cách ghép các mảnh sành sứ, thủy tinh. Đó là cung An Định (đặc biệt là nhà hát Cửu Tư Đài), lầu Kiến Trung (trong Tử Cấm Thành), cửa Hiền Nhơn, cửa Chương Đức, cửa Trường An ở Hoàng Thành, v.v... Các công trình này, đặc biệt là lăng Khải Định, hiện còn gần như nguyên vẹn, đánh dấu một giai đoạn kiến trúc mới lạ trong lịch sử mỹ thuật Việt Nam.

Vào năm 1920, sau khi các thầy địa lý coi đất và chọn địa điểm, triều đình huy động nhiều tù nhân và binh lính ở Huế lên làm việc khổ sai tại đó: mở đường, phá núi, làm toại đạo, tạo mặt bằng xây dựng ở triền phía tây của một ngọn núi thuộc vùng Châu Chử. Thời đó, vùng núi Châu Chử, nơi có khe Châu Ê chảy qua, là nơi đất độc, đầy lam sơn, khí chướng. Tù nhân, binh lính, thợ thuyền làm việc tại đây đều bị bệnh, thương vong khá nhiều. Triều đình đã huy động tất cả các thợ thủ công có tay nghề cao nhất trong "Nê ngõa tượng cuộc" lên đây làm việc dài hạn. Trong số đó, có một nghệ nhân nổi tiếng nhất về tài trang trí bằng cách vẽ các bức họa long vân trên trần, và đắp nổi cảnh vật lên tường là cụ Phan Văn Tánh, sau này được tặng hàm bát phẩm.

Trong lăng Khải Định hiện nay, có hai pho tượng đồng độc nhất hình nhà vua, tỷ lệ 1/1: một pho tượng ngồi trên ngai vàng và một pho tượng đứng. Sự xuất hiện của tượng vua trong lăng là điều đặc biệt, so với các lăng khác. Pho tượng ngồi trên ngai được thực hiện tại Paris vào năm 1920, do hai người Pháp là P. Ducuing tạc tượng và F. Barbedienen đúc tượng. Trong lòng tượng rỗng nên không nặng, sau khi vận chuyển về Huế mới mạ vàng bên ngoài. Còn pho tượng đứng thì đúc ngay tại Huế bởi một thợ lính quê ở Quảng Nam. Khi hoàn thành, ông cũng được tặng hàm bát phẩm. Pho tượng này nguyên đặt trong một ngôi nhà bát giác xinh xắn mang tên là Trung Lập Đình, nằm trong sân trước cung An Định. Vào năm 1960, trong bối cảnh chính trị và xã hội thay đổi, pho tượng được đưa lên đặt tại Bi Đình trong lăng Khải Định. 

Trong quá trình xây dựng và trang trí lăng Khải Định, do tốn kém lớn, nhà nước lúc đó đã tăng thuế điều trên toàn quốc lên 30%. Kinh phí lớn nhất là phải mua vật liệu từ nước ngoài: sắt, xi măng, ngói Ác Đoa (ardoise) phải nhập từ Pháp; sành, ngăng chở từ Hà Đông vào, còn sứ tốt, vỏ chai, thủy tinh phải nhập từ Trung Quốc, Nhật Bản... Dưới thời Khải Định (1916–1925), chủ quyền Việt Nam đã rơi vào tay thực dân Pháp, trong khi văn hóa nghệ thuật phương Tây đang xâm nhập mạnh. Vì vậy, trong lăng Khải Định, một số yếu tố hiện đại (éléments modernes) đã chen lấn dòng nghệ thuật kiến trúc mang đậm truyền thống dân tộc.

Thoạt nhìn, lăng Khải Định giống như một tòa lâu đài ở châu Âu, được kiến trúc bằng bê-tông trên một sườn núi. Vật liệu truyền thống của địa phương như gỗ, đá, gạch, chiếm không đáng kể. Những cánh cửa sắt, gạch ca-rô, ngói Ác Đoa, cột thu lôi (paratonnerre), hệ thống đèn điện, các tháp nhọn stoupa - tất cả đều mang nét ngoại lai. Việc loại bỏ màu xanh của lá cây, sự vắng bóng các mặt nước ao hồ, bè cạn trong lăng khiến tổng thể kiến trúc từ bậc cấp thứ nhất đến bậc cấp thứ 127 thiếu đi vẻ dịu dàng, tươi mát. Những con rồng to lớn tạo thành các thành bậc của 5 tầng sân càng làm tăng vẻ nặng nề, cứng cỏi của toàn bộ công trình kiến trúc hình khối bằng bê-tông. Tuy nhiên, toàn vùng núi, khe suối xung quanh lăng đã được sử dụng để tạo tác yếu tố phong thủy địa lý: tiền án, hậu chẩm, hồ phục, rồng chầu, minh đường, thủy tụ - tất cả góp phần tạo ra một ngoại cảnh thiên nhiên hùng vĩ, tráng lệ cho lăng Khải Định.

Về mặt hội họa, ở các mặt tường và trần của các phòng tả, hữu, nghệ nhân xưa đã dùng màu xanh sẫm để vẽ lên xi măng đề giả đá cẩm thạch, trông giống như thật. Những bức họa long vân với diện tích hàng chục mét vuông trên trần của ba phòng giữa của cung Thiên Định hiện nay đang được các họa sĩ Việt Nam hiện đại công nhận là những bức họa hoành tráng, có giá trị mỹ thuật cao nhất của nền hội họa nước ta. Về nghệ thuật ghép mảnh lên tường, các nghệ nhân đầu thế kỷ XX đã sử dụng hàng vạn viên màu sành, sứ, thủy tinh đủ màu để đắp thành hàng ngàn hình ảnh cung đình và dân gian sinh động, sống động, vui mắt: các bộ tranh tứ thời, ngũ phúc, bát bửu, bộ khay trà, mâm ngũ quả, đèn dầu hỏa, đồng hồ, mề đay... Tuy hình ảnh này được kết cấu bằng các vật liệu cứng, nhưng nhờ sự sáng tạo trong tạo hình khéo léo, đều trông rất thanh nhã, mượt mà, lấp lánh, long lanh. Bằng những đường cong uốn lượn mềm mại của chiếc bửu tán che trên ngự tọa, các nghệ nhân bậc thầy thời đó đã tạo ra cảm giác nhẹ nhàng, như thể lay động trước cơn gió thoảng.

Ngoài các chữ “phúc”, ở đây còn trang trí hàng trăm chữ “thọ” và “vạn thọ”, được cách điệu hóa bằng nhiều hình dạng khác nhau: hình tròn, hình chữ nhật, hình vuông, hình thuẫn, hình cái lư, hình lồng đèn… “Thọ” nghĩa là sống lâu, sống mãi, thể hiện quan niệm “sống gửi thác về” của các vua nhà Nguyễn. Theo họ, lăng tẩm không chỉ là nơi chôn cất người chết mà còn là nơi các vua tiếp tục sống muôn thuở trong thế giới bên kia. Phía sau ngai vàng, vua Khải Định ngồi còn có mô hình mặt trời đang lặn. Vua cao cả như mặt trời. Mặt trời lặn biểu thị nhà vua đã băng hà.

Với óc sáng tạo, trí thông minh, tính nhẫn nại và bàn tay tài hoa bay bướm, các thợ thủ công Việt Nam thời Khải Định đã góp phần thổi một luồng sinh khí mới vào nền mỹ thuật đất nước đương thời, bằng nghệ thuật phù điêu sành sứ cực kỳ tinh xảo, độc đáo và vô cùng hấp dẫn.

Với tượng đồng, bia đá, cung Thiên Định như một viện bảo tàng kỳ vĩ, cùng cảnh quan thiên nhiên bao la hùng vĩ, lăng Khải Định là một tổng thể tác phẩm mỹ thuật tổng hòa của nhiều dòng văn hóa, là điểm giao thoa giữa mỹ thuật phương Đông và phương Tây, phản ánh rõ nét phong cách sống thích trang hoàng của vua Khải Định khi còn sinh thời, đồng thời đánh dấu giai đoạn chuyển giao giữa hai nền văn hóa Á-Âu của xã hội Việt Nam đầu thế kỷ XX.