کاخ خسرو یا قصر شیرین (که با نام دو بنای ساسانی در فهرست آثار ملی ایران به ثبت رسیده‌است) بنایی مربوط به دوره ساسانیان است که در قصر شیرین، درون شهر واقع شده و این اثر در تاریخ ۲۴ شهریور ۱۳۱۰ با شمارهٔ ثبت ۳۲ به‌عنوان یکی از آثار ملی ایران به ثبت رسیده‌است.

امروز از این کاخ تنها ویرانه‌ای از آن به جا مانده‌است. کاخ خسرو یک بنای زیبا در نخلستان‌های قصر شیرین است که خسرو پرویز آن را برای همسرش شیرین ساخته بود. قسمت شرقی این کاخ یه تالار مستطیل شکل وجود داشت که سقفش به وسیله طاق‌های آجری پوشیده شده بود. در قسمت انتهایی آن هم یه اتاق گنبدی شکل وجود داشته. نکته جالب آن که این کاخ در باغ وسیعی ساخته شده که حیوانات وحشی به راحتی در آن زندگی می‌کردند و آب فراوانی از رودخانه الوند بدان وارد می‌گشته

سرپرسی سایکس در کتاب تاریخ ایران در مورد کاخ خسرو آمده

«عمارت خسرو یا کاخ خسرو در قصرشیرین در سمت غربی دامنه‌های زاگرس واقع و تاریخش از آغاز سده هفتم میلادی است. کاخ نامبرده در پارکی که محیط آن شش هزار متر می‌باشد بنا شده‌است. در بعضی جاها ایوانش هنوز نمودار است و آن شش متر و نیم ارتفاع دارد. در این نزهتگاه وسیع امروزه به جز ریشه‌های درختان خرما و انار چیز دیگر دیده نمی‌شود؛ ولیکن نویسندگان عرب شرح زیباییهای این باغ و شماره جانوران نادر و کمیابی را که در آن آزاد می‌گشتند را به تفضیل نوشته‌اند. این کاخ مجلل که شعاع برکه آب مصنوعی جلو آن چشمها را خیره می‌نمود در طول شرقی و غربی بنا شده و دارای ۳۴۲ متر طول و در عریض‌ترین نقطه دارای ۱۷۸ متر عرض بوده‌است. در سمت شرقی عمارت پلکانی دو ردیف وجود دارد که منتهی به ایوانی می‌شد که ۹۹ متر پهنا داشته‌است. در این ایوان اتاقهای مسقف طاقی چندی قرار داشته که سه طاق آن مدخل یک دهلیز طویل را تشکیل می‌دادند و اتاقهای متعدد دیگر هم به این دهلیز راه داشته‌اند. مدخل اصلی این عمارت از همان پلکان فوق و از وسط ایوان به یک سرازیری می‌گذشت که با ۲۴ ستون آرایش یافته بود و از آنجا به عمارت خصوصی شاهنشاه داخل می‌شدند. اولین تالار بزرگ و وسیع این کاخ به سه راهرو تقسیم شده و منتهی به اتاق مربع شکلی می‌شده‌است و بعد از آنجا به اتاقهای دیگری داخل می‌شدند و ایوان مسقفی نیز در مرکز حیاط دیده می‌شود. اتاقهای پادشاه (نظیر آنچه در تخت جمشید است) دارای سقف چوبی است بر خلاف اتاقهای دیگر که عمدتاً طاقی بودند. مصالح و موادی که در این ساختمان بکار رفته‌اند از سنگ‌های آهکی کاخ هنی فشی پست‌تر می‌باشد. ستونها از آجر تراش و با گچ اندود شده و در این قسمت هم با مواد کاخهای مجلل هنی فشی تفاوت کلی دارد.»

سازمان میراث فرهنگی و صنایع‌دستی و گردشگری». سازمان میراث فرهنگی و گردشگری ایران. دریافت‌شده 

 «قصر شیرین». تارنمای اداره کل سازمان میراث فرهنگی، صنایع دستی و گردشگری استان کرمانشاه.