کاخ کلات یا کاخ خورشید مهم‌ترین یادگار نادرشاه افشار در شهر کلات هست که سال ۱۱۵۱ هـ.ق، به دستور نادرشاه و برای اقامت و خزانه جواهرات و غنایم در کلات ساخته شده. به قلعه و برج و بارو، کلات میگن. این قصر بین باغی بزرگ و به شیوه باغ‌های ایرانی ساخته شده، اما ساختمون اون تلفیقی از معماری ایرانی و هندی هست. نادر شاه علاوه بر طلا و جواهرات، هنرمندهای زیادی رو از هند به ایران آورد و از ماهرترینِ اون‌ها برای آرایش قصر خورشید استفاده کرد.
قبل از اسلام تقریبا همه شهرها رو به شکل کلات می‌ساختن که در اون‌ها مساله نظام طبقاتی رعایت می‌شده. این طبقات اجتماعی در قدیم سه طبقه بوده که بعدها به چهارطبقه تبدیل شده که ارتش دارها، موبدها، استریوش‎ها و صنعتگرها رو شامل میشده. این‌ها هر کدوم در شهر جای خودشون رو داشتن. ساختن کاخ خورشید برای آرامگاه نادر و با تغییر شکل یک بنای آرامگاهی قدیمی شروع شده بود، عملیات ساخت کاخ هم در تموم دوره پادشاهی نادر ادامه داشته و حتی تا آخرین سال‌های حیاتش یعنی سال ۱۱۶۰ هجری قمری هم بوده. سندش هم کتیبه ثلث خیلی زیبایی هست که با آیه‎های «سوره نباء»، دورتادور فضای گنبد رو تزئین کرده و به همین تاریخ اشاره داره.
طبق مطالعات باستان شناسی‌ای که در این بنا انجام شده، مشخص شده که این بنا در دو دوره ساخته شده. قرن 7 یا 8 هجری قمری اینجا برج مقبره‌ای بوده. در دوره افشار روی شالوده بنای دوران ایلخانی یا بقایای بنای دوران ایلخانی این پوسته ساخته شده. نمای ظاهری بنا همون ادامه معماری دوران صفویه و نمای داخل آرامگاه، ادامه معماری دوران تیموریه هست. نمای داخلی آرامگاه نادر شباهت کاملی به فضای داخلیِ آرامگاه امیر تیمور در سمرقند داره و این شباهت نشون دهنده این واقعیته که نادرشاه علاقه زیادی به امیر تیمور و آرامگاهش داشته. این کاخ وسط باغ بزرگی قرار داره که شامل یک بنای سه طبقه میشه. ارتفاع اولیه اون حدود ۲۵ متر بوده اما الان به خاطر خرابی طبقه سوم، ارتفاعش بیشتر از ۲۰ متر نیست. این کاخ کلا ۱۲ اتاق داره که داخل هر اتاق هم تزئین‌هایی مثل نقاشی و گچ‌بری دیده میشه.
تا چند دهه قبل هم بین این تزئین‌ها، تصاویری از شاهزاده‌های نادری هم وجود داشت. وسط کاخ خورشید هشت ضلعی، برج استوانه‌ای شکل و دو طبقه‌ای قرار داره که محل زندگی شاه و خانواده‌اش بوده. زیبایی این کاخ بیشتر برای تزئین نمای خارجی کنگره دار ساختمونه که سبک معماری مغولی_هندی در اون دیده میشه. سنگ‌های سنگین و پرحجم این کاخ که موضوع اون‎ها انواع میوه‎های گرمسیری و پرنده‌هایی مثل طوطی هست، به کاخ جلوه خاصی دادن و گفته میشه این سنگ تراشه‎ها همون هنریه که نادرشاه از معماران هندی خواسته تا زمانی که میوه‎هایی مثل موز، آناناس و غیره در ایران اصلا وجود نداشت، کاخ خورشید با این نمادها سنگ تراشی بشه. طبقه دوم یا همکف کاخ، تالار بزرگی داره که با تزیین‌هایی به شیوه بناهای صفوی آراسته و طلاکاری شده و اتاق‌هایی هم اطراف اون هست. طبقه سوم کاخ گنبد استوانه‌ای بزرگی وجود داره که از 66 نیم ستون سنگی تشکیل شده و با همین ویژگی بین همه بناهای تاریخی ایرانی بی‌همتا شده.
باغ زیبای اطراف قصر و نمای عمومی شهر کلات از کنار این گنبد دایره‌ای دیده میشه. از باغ به جز یک ردیف چنار قدیمی در باغچه غربی باغ و در کوچه غربی باغ که جزو عرصه باغ بوده، چیز دیگه‌ای باقی نمونده و همین ردیف درخت‌های چنار قدیمی بعدها مبنای درخت کاری‎های بقیه قسمت‎های باغ قرار گرفته و 220 درخت چنار کاشته شد که الان هم باغ از این درخت‌ها تشکیل شده. منبع آب رسانی اولیه باغ در این سال ها از بین رفته و آب باغ با موتور پمپ از آب ذخیره شده در آب انباری که زیر پیاده‎رو انتهای شرقی باغ ایجاد شده تامین میشه.
کاخ خورشید یک زیرزمین ترسناک و تاریک داره که گفته شده جای نگهداری بخشی از گنجینه‌های نادر یا زندانی برای دشمنانش بوده . البته سال 1385 موزه مردم شناسی به همت سازمان میراث فرهنگی، صنایع دستی و گردشگری خراسان رضوی در زیرزمین عمارت خورشید با هدف معرفی آداب، رسوم، مشاغل، فنون سنتی، نحوه زندگی و معیشت ساکنان منظقه و همچنین نمایش مراسم ازدواج عشایر، دامداری، کشاورزی و عطاری دایر شد. موزه خراسان در کوهسنگی مشهد هم با الگوبرداری از کاخ خورشید طراحی شده.