Secara administratif, lokasi Bendung Lama Pamarayan terletak di dua wilayah, sebagian terletak di Desa Pamarayan, Kecamatan Pamarayan, dan setengah badan bendungan terletak di Desa Panyabrangan, Kecamatan Cikeusal, Kabupaten Serang, Provinsi Banten. Bangunan Bendung Lama Pamarayan mempunyai panjang 191,65 m yang terdiri atas bangunan utama, ruang kontrol, bendungan sekunder, ruang lori, jembatan, serta rel lori.
Bangunan pintu air Pamarayan memiliki konstruksi many spanned bridge with towers compositions (bentangan sepanjang sungai dan memiliki bangunan menara), dengan 10 pintu air, mirip dengan Bendung Pintu Air 10 yang berada di Kota Tangerang. Arsitekturnya merupakan imitasi dari bangunan kuil di Athena (Yunani) yang dibangun antara 437-432 SM atau pintu gerbang (gateway) dengan prinsip konstruksi an opening within flinking column and entablature (sebuah bukaan yang diapit kolom ber-entablature). Pada prinsipnya bangunan ini menerapkan arsitektur order yang berdenah empat persegi panjang. Kolom-kolomnya berbentuk persegi masif bersegmen (entablature) yang terkesan kokoh yang berfungsi sebagai landasan plat-plat baja untuk membendung aliran air sungai. Kolom-kolom tersebut bagian bawahnya berlorong, berfungsi untuk memudahkan akses ke bagian depan dan belakang bangunan pintu air.
Bagian atap bangunan tidak memiliki pediment seperti pada kuil-kuil Yunani pada umumnya. Bagian ini berdenah asimetris, yakni berbentuk “salib melintang” dan memiliki gaya arsitektur Second Empire Baroque dengan 3 menara berbentuk square tower dan beratap simple mansard roof dengan bentuk square. Puncak atap menara sebelah barat berbentuk datar, bertakik pada setiap lerengnya serta bersegmen pada setiap sudutnya, sedangkan puncak atap menara sebelah timur berbentuk seperti mahkota. Kedua menara ini terletak pada sayap bangunan dan menyatu dengan bangunan pintu air. Pintu air diapit oleh rel yang membujur sepanjang bangunannya sebagai akses untuk pengontrol kerusakan dan kegiatan perbaikannya.
Terdapat 2 bangunan pintu pembagi air dengan bukaan berdekorasi geometris (belah ketupat) yang masing-masing terletak di sebelah selatan ujung barat dan timur pintu air utama. Bangunan sebelah barat memiliki 5 pintu air sedang bangunan sebelah timur memiliki 2 pintu air. Berjarak kira-kira 500 m di sebelah utara dan selatan pintu air terdapat 2 buah pengukur ketinggian air, yang terletak di sebelah selatan pada saat ini masih terendam air sedangkan yang terletak di sebelah utara, areal di sekitarnya dipergunakan sebagai lahan pertanian oleh masyarakat.
Bendung Pamarayan merupakan bendung terbesar pertama yang dibangun oleh pemerintah Hindia Belanda di Indonesia. Sejak tahun 1997, bendung ini sudah tidak dioperasikan lagi. Hal ini disebabkan terutama oleh faktor teknis, yakni kondisinya telah rusak dan konstruksi bangunan telah lapuk termakan usia. Penyebab lain adalah adanya proses pendangkalan sungai dan tekanan debit air yang mengalami penurunan. Karena alasan itulah maka sejak tahun 1994-1997, sekitar 1 km di sebelah barat daya Bendung Lama Pamarayan dibangun Bendung Baru Pamarayan dengan sistem sudetan.
