부여 왕릉원에 대한 조사는 1915년과 1917년에 이루어졌으며, 조사결과 세 가지 형식의 횡혈식석실분이 존재하고 있던 것으로 밝혀졌다. 즉 백제의 횡혈식석실분은 천장을 어떤 형태로 마무리했는지에 따라 볼트(Vault)형과 평천장 구조로 나뉘고, 평천장 구조는 다시 단면의 형태에 따라 육각형과 사각형 구조로 나뉘는데, 부여 왕릉원에는 세 가지 형식의 고분이 모두 존재하고 있다. 천정의 모습에 따라 <아치형 천장→단면 육각형(또는 사각형) 평천장>의 순으로 조성되었던 것으로 인정된다.
능산리의 주요 분 가운데 능산리 2호분은 볼트(Vault)형의 천장 구조를 가지고 있다. 널방은 직사각형의 평면으로 되어 있으며, 남벽 중앙에 널길이 부설된 횡혈식석실분이다. 널방의 규모는 남북 3.21m, 동서 1.98m이며, 높이는 2.15m이다. 벽면은 잘 다듬은 장대석을 사용하여 터널처럼 곡면이 이루어지도록 쌓아올려 송산리 6호분이나 무령왕릉의 경우와 흡사하다. 다만, 사다리꼴의 판석을 사용하지 않고 정상부에 편평한 판석을 사용한 점이 특징적이다.

능산리 3호분과 5호분은 천장의 구조가 매우 이색적이다. 잘 다듬은 판석으로 벽면과 천장을 구축하였으며, 남벽 중앙에 널길이 마련되어 있다는 점에서는 다른 분과 유사하지만, 벽면을 수직으로 올린 다음 일정 높이에서 판석을 45°각도로 얹어 각을 줄인 다음, 그 위에 판석으로 된 뚜껑돌을 올려놓아 단면이 육각형이 되게 마무리하였다.
능산리 1호분 지하에 땅을 파고 그 안에 잘 다듬은 거대한 판석 1매씩을 이용하여 동벽과 서벽, 그리고 북벽을 구축하여 만든 횡혈식석실분으로, 수직으로 세워진 벽석(壁石)들 위에 그대로 뚜껑돌을 올려 완성한 관계로 단면이 사각형 형태를 띠고 있다. 널방의 규모는 길이 3.27m, 너비 1.52m이며, 높이는 1.95m이다. 또한 1호분 널방의 네 벽에는 사신도가 그려져 있고, 천장에는 연꽃무늬와 구름무늬를 그린 벽화가 발견되어 백제 회화 연구에 매우 중요한 자료가 되고 있다.