吴哥寺也称吴哥窟，又叫小吴哥，是吴哥古迹中最大而且保存得最好的建筑，因此“吴哥窟”也被作为整个古迹群的总称。吴哥寺位于暹粒以北约6公里处，长1.5公里，宽1.3公里，因占地面积比吴哥通王城城小得多，俗称小吴哥。这是吴哥时代艺术鼎盛时期的代表建筑，它创立于12世纪中期，为供奉印度教毗湿奴神所建，13世纪后期，变成佛教寺庙。
吴哥寺由东南西北四廊（每廊又分两翼），西参道、正门、三重回廊及以主殿中央尖塔为中心的五座尖塔所构成。笔直耸立的尖塔顶部殿堂据说代表“天堂”，台阶陡而滑，只能手脚并用地爬上去，让信徒在攀爬过程中体会通向天堂之路的艰辛。以前的台阶是没有扶手的，1973年一名法国女游客失足跌落致死，她的丈夫悲痛之余捐资在台阶一侧修了扶手，以避免悲剧重演。
吴哥寺装饰浮雕丰富多彩，刻于回廊的墙壁及廊柱、窗楣、基石、栏杆之上的，令人目不暇接。最常见到的是整墙的仙女浮雕，面带微笑，头戴花饰，端庄秀丽。浮雕题材主要取自印度的两大史诗《罗摩衍那》和《摩诃婆罗多》，东墙是“乳海翻腾”的传说，叙述毗湿奴的故事，北墙是毗湿奴同天魔作战的故事，西墙是“神猴助战”，南墙则是高棉人与入侵者的战斗情景。
吴哥窟在建筑结构和雕塑艺术上的完美使它成为了吴哥古迹乃至整个国家的象征，并且出现在柬埔寨王国的国旗上。柬埔寨古代劳动人民在建造吴哥寺时熟练地运用建筑学的一些基本原理，采用透视和对称的法则，使人们一眼就看到该建筑物的全貌。此外，吴哥寺全部用每块重达8吨的石块砌起，没有使用灰浆或者其他黏合剂，工匠们仅仅靠石块的重量和形状的吻合就将它们叠合起来。