ปราสาทศีขรภูมิหรือปราสาทระแงงเป็นสมาชิกใหม่ล่าสุดของอุทยาน ตั้งอยู่ข้างวัดบ้านปราสาท บ้านปราสาท ตำบลระแงงอำเภอศีขรภูมิจังหวัดสุรินทร์ปราสาทหลังนี้เป็นปราสาทที่งดงามที่สุดในจังหวัดสุรินทร์ โดยสมเด็จพระเจ้าบรมวงศ์เธอ กรมพระยาดำรงราชานุภาพและพระธิดาทั้ง 3 (มีหม่อมเจ้าพูนพิศมัย ดิศกุลเป็นต้น)ได้เดินทางมาเยือนเมื่อมกราคม-กุมภาพันธ์2472 (นับอย่างใหม่ต้องปีพ.ศ. 2473) และได้ถูกรวมเข้ากันกับอุทยานประวัติศาสตร์กลุ่มปราสาทตาเมือนและปราสาทศีขรภูมิ

จากลักษณะทางศิลปกรรม สันนิษฐานว่าสร้างราวพุทธศตวรรษที่ 17 เป็นศาสนสถานในลัทธิไศวนิกายและในพุทธศตวรรษที่ 22 มีการบูรณะเพิ่มเติมที่องค์ปราสาทแถวหลังฝั่งทิศใต้ เป็นแบบศิลปะล้านช้างและยังมีจารึกอักษรธรรมปรากฏอยู่ ณ ปราสาทหลังนี้

ปี พ.ศ. 2531สมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารีทรงนำ พระอาจารย์ของนักเรียนนายร้อย จปร. ได้มาศึกษาที่โบราณสถานแห่งนี้ และก็ได้มีการบูรณะปราสาทศีขรภูมิ ให้ดูงามเด่นเป็นสง่าน่าภาคภูมิใจแก่แขกบ้านแขกเมืองที่มาเยือนเมืองปราสาท หินโบราณแห่งนี้

ปราสาทศีขรภูมิ มีลักษณะเป็นปรางค์หมู่ 5 องค์ เป็นปราสาทก่ออิฐไม่สอปูน ตั้งอยู่บนฐานศิลาแลงเดียวกัน โดยตัวฐานก่อด้วยศอลาแลงกว้าง 25 เมตร ยาว 26 เมตร สูง 1.5 เมตร โดยมีคูน้ำกว้าง 125 เมตร ล้อมรอบสามด้าน โดยเว้นด้านตะวันออกอันเป็นทางเข้าไว้

ปรางค์ประธานสูงประมาณ 32 เมตร ทับหลังเป็นภาพพระศิวนาฏราชสิบกร ทรงฟ้อนรำอยู่เหนือเกียรติมุข ภายใต้วงโค้งลายท่อนมาลัย ซึ่งสลักเป็นภาพพระคเณศพระพรหมพระวิษณุและพระอุมาโดยทับหลังชิ้นนับเป็นทับหลังที่มีความสวยงามและสมบูรณ์ที่สุดชิ้นหนึ่งของเมืองไทย บริเวณเสากรอบประตูสลักเป็นรูปนางอัปสราถือ ดอกบัว และทวารบาลยืนกุมกระบอง ซึ่งนางอัปสราที่ปราสาทศีขรภูมินี้มีลักษณะคล้ายกับนางอัปสราที่ปราสาทนคร วัด ประเทศกัมพูชา ซึ่งไม่พบที่ปราสาทศิลปะเขมรโบราณแห่งใดอีกเลยในประเทศไทย พบที่ปราสาทศีขรภูมิเพียงแห่งเดียวเท่านั้น