کاروانسرای خان خوی در جوار بازار و در ضلع غربی آن قرار دارد و در گذشته محل استقرار مسافران و دادوستد بازرگانان داخلی و خارجی بوده است. این بنا را به شکل چهار ایوانی ساخته‌اند که اکنون دو ایوان آن را در شمال و شرق می‌توان دید. ورودی کاروانسرا از خیابان طالقانی شامل درب چوبی بزرگی می‌شود که طبقه بالای آن بالکنی چوبی جای گرفته است. دو درب دیگر در سمت شمال و شرق، با بازار ارتباط دارند. چهار دیوار بنای کاروانسرا را از سنگ سفید ساخته‌اند و ۴۰ حجره تاجرنشین در آن وجود دارد. هر حجره‌ای با قهوه‌خانه و پستوی جداگانه همراه است. در کنار بنای اصلی کاروانسرای دیگری جهت چهارپایان بنا کرده‌اند.