1907年，暹羅將暹粒、馬德望等省份歸還柬埔寨。1908年起，法國遠東學院開始對包括吳哥窟在內的大批吳哥古蹟進行爲期數十年的精心細緻的修復工程。
吳哥窟的190米寬的護城河，如一道屏障，阻擋森林的圍困，因此吳哥窟比其他吳哥古蹟，保存得最完整。但仍然雜樹叢生，有些樹根深植入部分建築物的紅壤磚縫隙，逐漸將縫隙擴大，最後將紅壤磚推落，使建築物坍塌。
修復工程包括幾個方面的工作：清除雜草、樹林、積土、白蟻，穩定地基，支撐搖搖欲墜的建築物，然後運用考古學家在希臘雅典和印度尼西亞爪哇等地古蹟重建工作中發展起來的分析重建術，運用在吳哥古蹟的重建上。
清理吳哥窟的工程在1911年完成，30年代，開始用分析重建術復原吳哥窟。分析重建法要求必須用遺址的原來材料，按原來的古代的建造方法復原遺址，只有在原物無存的情況下才允許適當∟，使用代替物。
這項工作到了六十年代曾因柬埔寨政局動盪而停頓，於1990年代重新展開。吳哥寺在十四世紀中葉成爲大乘佛教寺，因十三世紀時真臘國王闍耶跋摩七世奉大乘佛教爲國教。
十五世紀初葉暹羅入侵吳哥之後，因暹羅人信奉上座部小乘佛教，吳哥寺變爲上座部佛寺。此後吳哥寺一直是上座部小乘佛寺，延續至今。
吳哥窟的護城河呈長方形如口字，東西方向長1500米，南北方向長1350米。全長5700米；河面寬190米。護城河外岸有砂岩矮圍欄圍繞。
護城河上正西、正東各有一堤通吳哥窟西門、東門；東堤是一道土堤，西堤長200米，寬12米，上鋪砂岩版，古時西堤是裹金的。護城河內岸留開一道30米寬的空地，圍繞吳哥寺的紅土石長方圍牆。
圍牆東西方向長1025米。南北方向闊802米，高4.5米。圍牆正面中段是230米長的柱廊，中間樹立三座塔門。正中的一座塔門，是吳哥窟的山門，它和左右兩塔門有二重檐雙排石柱畫廊連通。畫廊外側（西側）石柱頂部的天花板，裝飾着蓮花和玫瑰花圖案。
各塔門都有縱通道、橫通道，交叉成十字形，縱通道以出入寺院，橫通道以遊覽畫廊。此三座塔門的縱通道特別寬闊。可容大象通過，又名象門。
三座塔門的頂部塔冠，雖已殘缺不全，但正中的一座，恰好比左右兩座高些，仍然像一個山字形，多少保留着原來比例，和吳哥窟頂層正面看的三座寶塔相呼應。圍牆的其他三面的塔門。較小和簡單，而且只有小徑可通。很少人去。
南塔門之下供奉一尊毗溼奴雕像。蘇耶跋摩二世在位時，這尊毗溼奴像原本是供奉在吳哥寺頂層神庵內，在吳哥寺改宗佛教後，由頂層神庵請來此地守護。畫廊內側（東側）是石壁，間以葫蘆櫺窗。畫廊壁朝吳哥窟畫廊女神浮雕
西的一面飾以舞女浮雕；畫廊壁朝東的一面，裝飾着跳舞或騎獸武士和飛天女神。門南的一尊飛天女神浮雕。是寺廟內獨一無二露齒微笑的飛天女神。由圍牆包圍的寺廟大廣場，佔地面積82公頃。
除去位居中央的寺廟，這一片廣場是古代城市和王宮的遺址，王宮遺址在寺北。如今古城和古王宮都蕩然無存，滿地被森林覆蓋。只遺留下一些街道的輪廓。
往東，路北，在藏經閣和寺廟之間，有一片荷塘，綻放各色荷花；路南對稱位置的水塘，則是清水一泓。路段盡頭是一條通吳哥寺廟山門的十字陽臺，稱爲王臺。王臺左右有獅子守護。水塘和王臺都是後人添加的。
十字王臺盡頭是吳哥寺的中心建築羣。它基本是由大、中、小三個以長方形迴廊爲周邊的須彌座，依外大內小、下大上小的次序堆疊而成的三個圍囿，中心矗立五座寶塔爲頂點，象徵須彌山。
美國學者艾麗娜曼妮卡解釋這三層迴廊各代表國王、婆羅門和月亮、毗溼奴。各回廊的每個基點上建立廊門，上中兩層的迴廊，四隅設置塔門，每層塔門的四座寶塔，中央寶塔形成五點梅花圖案。
由於寺廟的朝西取向，因此上一層須彌座的位置，並非在下一層須彌座的正中，而是略略靠後偏東，爲西邊畫廊留出更多空間；因爲同樣原故，西邊的臺階不如東邊臺階陡峭。
第一層的須彌座由砂岩石壘成，高出地面約3米；須彌座之上，有高3米許的迴廊，圍繞吳哥寺如口字。吳哥窟護城河。
迴廊長方形，南北方向長190米，東西方向長220米。迴廊四周，共有四座塔門和八座廊門，四隅各一座塔門，正西、正東各三座廊門，正北、正南各一座廊門。塔門和廊門有內、外二石階，可通第一層內院、寺廟外院。
迴廊的內側牆壁既是寺的外牆兼巨型畫廊。迴廊的外側，有兩排並列的方石柱，其中一排支撐畫廊拱頂，另一排支撐半拱頂邊廊。迴廊的二重檐拱頂，覆蓋陶瓦，保護畫廊壁上的石雕，不受日曬雨淋。
畫廊的石壁，排列雕工精細的八幅巨型浮雕。每幅浮雕高二米餘，長近百米。全長達七百餘米，繞寺一週。浮雕描繪印度兩篇着名梵文史詩《羅摩衍那》、《摩訶婆羅多》中的故事和一些吳哥王朝的歷史。
從西北壁角按反時鐘方向，西畫廊展示羅摩衍那中阿逾陀國王子羅摩（rama）擊敗羅剎魔王羅波那（ravana）的場面，和摩訶婆羅多中佧拉婆族和班度族戰
爭的故事。
南畫廊有幾幅浮雕，和吳哥王朝歷史有關，其中一幅描繪蘇耶跋摩二世頭戴王冠。在寶座上赤足盤腿而坐，左手向左指，後手靠着寶座扶手，左右侍從各二，手執長扇，爲王扇風，身後還有宮女，手持巨型蠟燭，白日點燃。
傳說故事。接下去是印度神話中32層地獄和37重天堂。東畫廊描繪古印度神話普拉納斯中一個着名的故事：毗溼奴攪乳海：毗溼奴令92尊阿修羅和88尊天神把蛇王婆蘇吉（vasuki）充繩索攪動乳海。
接着的毗溼奴擊敗阿修羅的場面是16世紀後人所加。北畫廊顯示毗溼奴第八化身黑天戰勝阿修羅班那。西北和西南角廊的畫面較小，一般多是描述羅摩衍那或黑天的故事。