کاخ ایلخانی یکی از جاذبه‌های متعدد مجموعه ثبت جهانی شده بیستون برای گردشگران است. این کاخ یا به عبارتی کاروانسرا، بر روی بقایایی از یک بنای سنگی دوره ساسانی معروف به کاخ خسرو ساخته شده است. این کاروانسرا به ابعاد ۸۵ در ۸۰ متر با لاشه سنگ و آجر به همراه ملاط گچ ساخته شده است. درگاه ورودی آن در جبهه شرقی بنا قرار دارد و به حیاط مرکزی منتهی می‌شود. در اطراف حیاط نیز مجموعه‌ای از اتاق‌های مستطیل شکل دیده می‌شود.