قلعه والی یکی از آثار دوره قاجاریه است و در ضلع شمالی خیابان پاسداران بر روی تپه چقامیرگ قرار دارد. این قلعه در سال ۱۳۲۶ هجری قمری به فرمان غلام رضا خان والی در زمینی به مساحت ۲۵۰۰ متر مربع در محله ای بنام حسین آباد فیلی که به ده بالا مشهور بوده ، احداث گردید. غلامرضاخان والی این محل و بنا را برای اسکان خود در فصل تابستان انتخاب کرده و آن را بر روی تپه ای نه چندان بلند احداث کرد. زیربنای قلعه ۱۵۰۰ متر مربع بوده و دارای یک حیاط مرکزی به مساحت ۷۰۰ متر مربع است که شامل اتاق ها و تالارهایی با مصالح آجر ، گچ و سنگ مرمر می باشد. سه طرف حیاط به وسیله عمارت محصور شده است. چشمه بی بی ، آب این قلعه را تامین می کرده است که به سبک گذشته با استفاده از تنبوشه آب چشمه به محوطه حیاط مرکزی قلعه هدایت می شده است.

پس از اتمام بنای قلعه ، غلام رضا خان دستور به نگارش کتیبه ای به طول ۱۸۰ سانتیمتر داد تا با زیباترین شکل ممکن حکاکی گردد. این سنگ نوشته به خط نستعلیق بود و در آن ایام بر بالای ورودی شرقی قلعه در داخل دیوار نصب شد ولی در جریان جنگ تحمیلی فرو افتاد و فعلا در جای دیگری از قعله نگهداری می شود. این سنگ نوشته در زمان مجمد علی شاه قاجار و غلامرضا خان ابوقداره والی لرستان حک شده است.

نمای جنوبی قلعه ، شکلی تقریباً ذوزنقه ای دارد. قلعه والی در زمان ساخت در فضایی کاملاً باز ساخته شده ولی با پیش رفت شهرنشینی اطراف آن با ساختمان های مسکونی و اداری محصور گردید. موقعیت قلعه به نحوی است که از سمت شمال با کوچه ای شش متری و از سمت غرب با خیابانی هشت متری از ساختمان های مسکونی اطراف خود جدا شده است. از شرق نیز با ساختمان اداری اداره کل امور اقتصاد و دارائی ایلام محصور شده شده است و از جنوب به خیابان پاسدارن منتهی می شود. در ضلع شمالی قلعه تالار (شاهنشین) زیبایی وجود دارد که ابعاد و اندازه داخلی آن بزرگتر از سایر اتاق ها می باشد. در وسط تالار حوض کوچکی قرار دارد که اطراف و داخل آن با سنگ مرمر مزین شده بود و در زمان بازسازی با کاشی های رنگی تزئین گردید. این حوض در اطراف چشمه ای که در آن زمان پر آب بوده ساخته شده ولی به مرور زمان این چشمه خشک و کم آب شده بود و برای اینکه حالت نمادین چشمه حفظ شود در باسازی قلعه با اجرای لوله کشی این قسمت نیز مرمت گردید تا به دست فراموشی سپرده نشود. وجود نرده های مشبک آجری به رنگ فیروزه ای ، تراس های سرپوشیده ضلع جنوبی همراه با پنجره های مشبک با شیشه های الوان ، اورسی های قلعه ، ستون های دایره ای ، سرستون های منقوش در ایوان ، قوس های کمانی و تزئینی و کاربندی بالای آن با کاشی های رنگی ، درختان بلند و کهنسال کاج و حوض مستطیل شکل در صحن جلوی قلعه چشم انداز کاملاً زیبایی به قلعه و معماری آن داده است.

اکثر اتاق های قلعه تبادل داخلی داشته و تودرتو بنا شده اند ، قلعه دارای ۲۰ اتاق بزرگ ، پنج اتاق کوچک ، چهار ایوان و دو تراس کوچک در ضلع جنوبی است. ضلع شرقی و غربی قلعه کاملاً با هم قرینه بوده و با کف حیاط اختلاف ارتفاعی حدود ۸۰ سانتیمتر دارند و با چهار پله سنگی با کف اتاق ها و ایوان ها ارتباط دارند. قلعه با سه راه پله با چرخشی ۹۰ درجه به پشت بام متصل می شود. قلعه دو برج نگهبانی به صورت نیم دایره در راس ضلع شمال شرقی و شمال غربی دارد و اطراف آن کنگره هایی جهت قرار گرفتن نگهبان ها برای دیده بانی وجود دارد. در داخل راهروها محل هایی به صورت طاق نما در دیوار احداث گردیده که محل استقرار نگهبانان بوده است.

قلعه والی سه در ورودی در سه ضلع جنوب شرق و غرب دارد. ورودی اصلی قلعه در ضلع جنوبی قرار گرفته که با ۱۱ پله ۲۰ سانتیمتری به داخل اتاق نگهبانی و سپس با هشت پله دیگر به کف حیاط مرتبط می شود. ورودی قلعه به سبک یونانی بنا شده بود. دیگر درب های قلعه به صورت خصوصی بوده و یا برای تردد میهمانان احداث شده اند که با راهروهایی سرپوشیده به داخل حیاط قلعه مرتبط می شوند.

آینه کاری در سقف اتاق ها معمول بوده که بقایایی از آن در یکی از اتاق های ضلع غربی که به نحو بسیار زیبای اجرا گردیده بر جای مانده است. گچبری بر روی دیوارها و سقف اتاق شاهنشین به صورت نقوشی از گل و گیاه اجرا گردیده است. سنگ ازاره نمای بیرونی دیوار از سنگ های تراشیده شده مستطیلی شکل است که حالت برجسته نقش های اسلیمی مختلف آن ، در نمای دیوار به کار رفته شده است.

قلعه والی در زمان جنگ تحمیلی تا حدود ۵۰٪ تخریب شد که در سال ۱۳۶۷ با همکاری سازمان میراث فرهنگی بعد از دو سال تلاش بی وقفه در سال ۱۳۶۹ بازسازی آن به اتمام رسید و در اختیار مدیریت میراث فرهنگی استان ایلام قرار گرفت و در جریان بازسازی سعی بر آن شد که معماری و سبک دیرینه آن حفظ و تغییراتی در آن داده نشود ولی با توجه به این مسئله ، تغییراتی جزئی از قبیل کارگزاری تیرآهن در سقف ایوان های قلعه ، سقف خرپشته ها و در اجرای طاق ضربی آن ها ، حذف و یا اضافه کردن دیوار در اتاق ها و … داده شد.

در حال حاضر در مکان قلعه والی ، موزه مردم شناسی ایلام برقرار شده است.