Karmėlavos piliakalnis, dar vadinamas Pilimi, yra miestelio šiaurinėje dalyje, Neries kairiojo kranto aukštutinės terasos krašte. Iš trijų pusių jį juosia daubos, pietryčių pusėje yra aukštuma. Šlaitai nuo daubų pusės statūs, apie 30 m aukščio, apaugę lapuočiais medžiais ir krūmais, vasarą dengiančiais vaizdą į Neries slėnį. Viršūnės aikštelė ovali, 81×61,5 m dydžio, su apardytu kultūriniu sluoksniu.
Aikštelėje stovi nuosava sodyba (gyvenamasis namas, pagalbiniai pastatai, sklypas dirbamos žemės) . Aikštelę žiedu juosia 230 m ilgio platus, 9–26 m pločio ir 1–5 m aukščio, išorėje 9 m aukščio pylimas. Už jo yra 110 m ilgio, 4,5 m gylio ir 40 m pločio gynybinis griovys. Piliakalnio pietinėje papėdėje dalis griovio užpilta, o žiedinio pylimo dalis nukasta, įrengiant įvažiavimą į sodybą.