La Finca del Marqués de Valdecilla posee un rico y variado patrimonio cultural. Sus casi 15 hectáreas de extensión se encuentran delimitadas por un muro de mampostería, albergando en su interior varias casas, fuentes, mobiliario de jardín, esculturas de mármol y otros recursos patrimoniales relevantes. El acceso principal se realiza por una portalada barroca de piedra, trasladada en 1935 desde la casa de Quintana en Penagos. La portalada, fechada en 1697, presenta dos pisos de orden dórico, pilastras cajeadas, abundante decoración y escudo de armas de Quintana, Cuesta, Velasco y Prieto, junto con remates de bolas y pirámides, frontón triangular partido y figura alegórica de la Fama o «giralda», alusiva a la fortuna. 

Los edificios de la Finca datan del período comprendido entre la segunda mitad del siglo XIX y la primera mitad del siglo XX (con la excepción de La Solana, obra del siglo XVIII), presentando tipologías arquitectónicas diversas. Así, La Solana y La Casuca responden al modelo de casa popular montañesa con balconada entre muros cortavientos o hastiales, con ampliaciones y reformas posteriores. San Rafael aparece influida por las líneas de la arquitectura regionalista montañesa promulgada por Leonardo Rucabado y presenta notas de carácter historicista como el recurso del tondo de la Virgen con el niño al exterior de la capilla siguiendo modelos del Quatroccento italiano y la decoración de azulejería de Talavera de la Reina de la fábrica de Ruiz de Luna. Influjo italiano posee asimismo la Casa Blanca, concebida por Emilio de la Torriente y Aguirre al modo de una villa en contacto directo con el jardín que la rodea. Localizada en lo alto de una colina cuenta con unas inmejorables panorámicas de Valdecilla, Solares y Ceceñas. El edificio, de arquitectura nada ostentosa, cuenta con miradores que miran al jardín, alternancia de remates semicirculares y adintelados en los vanos, y frentes con escasas notas decorativas salvo pilastras y molduras. Finalmente, el Garaje y la Cabaña son edificios funcionales con escasas concesiones decorativas (molduras, azulejos con dibujos modernistas bajo las ventanas, esquinales y recercado de vanos en ladrillo y piedra). En la Cabaña, donde se encontraba la cuadra, Ramón Pelayo introdujo destacadas innovaciones. Así, para minimizar el exceso de luz, las ventanas disponían de vidrios azulados, y los comederos funcionaban por presión, y estaban personalizados con el nombre de cada vaca. En esta misma línea funcional se enmarca la arquitectura de corte industrial del depósito de agua en hierro, que nos remite a trabajos del taller de Eiffel.

En el jardín destacan la Fuente de los Niños de Mariano Benlliure, fechada en torno a 1928 y realizada en granito y en cerámica policromada y vidriada en colaboración con la fábrica de cerámica de Ruiz de Luna de Talavera de la Reina; y las esculturas alegóricas en mármol de cuatro continentes de Virgilio Arias, contemporáneas de la fuente, que emplean tipologías de la iconografía de Cesare Ripa. A ellas podemos añadir la mesa sonora, que debe su nombre al efecto sonoro que resulta de golpear el vuelo de la piedra que la conforma, la antigua bolera, los restos del invernadero para producción de orquídeas, las dos garitas de vigilancia y la fuente del surtidor, con cabezas de animales felinos, hojas, peces y flores. Complemento de todo este patrimonio es el ajuar de las casas, diverso en tipologías, materiales y estilos (mobiliario, floreros, candelabros, alfombras, cerámicas, fotografías, grabados, litografías, acuarelas, óleos y pinturas, así como piezas de porcelana, cristalería y otros muchos objetos).