Тарханкутский маяк построен в 1816 году из инкерманского серовато-белого известняка, и с тех пор облик его — внешний и внутренний — не изменился, менялось лишь оптическое оборудование на вершине маяка.
Высота сооружения 38 метров. Вверх, к "сердцу" маяка, ведёт старинная чугунная лестница в 142 ступени. Лестница по спирали поднимается вдоль внутренней башни маяка — сквозной шахты, по которой в былое время ходила вверх-вниз гиря, весом 1500 кг. Подобно заводу механизма в маятниковых часах, эта гиря вращала лампу, расположенную на вершине маяка (ныне вращение оптики на маяке автоматизировано). Свет маяка исходил из масляной лампы, составленной из 15 фителей и 15 рефлекторов. Горючим служило сурепное масло (добываемое из сурепицы). В конце XIX века освещение производилось керосиновой лампой, довольно мощной, но требующей регулярной чистки от нагара. Одной из причин крушения императорской колёсной яхты «Ливадия» в туманную ночь с 21 на 22 октября 1878 года стал как раз перерыв в работе Тарханкутского маяка на чистку лампы. Яхта выскочила на риф и застряла между камней неподалёку от мыса Тарханкут.
Для подачи сигналов во время тумана использовался наутофон, генерирующий звуки резкого высокого тона. До его установки использовался колокол.
Маяк обслуживала команда из 11 матросов, смотрителя (обычно отставного морского офицера), нескольких телеграфистов и служителей.
Во время землетрясения 12 сентября 1927 года маяк не пострадал, хотя сооружение, со слов очевидцев, раскачивалось из стороны в сторону.
В настоящее время маяк является действующим, обслуживается командой техников и дает луч дальностью в 17 морских миль (более 31 км) и звуковой сигнал, слышимый на расстоянии в 1 милю.
Неподалёку от маяка в море виден силуэт полузатонувшего судна. Это сирийский сухогруз «Ибрагим-Яким», который сель на мель в ночь с 17 на 18 декабря 2010 года из-за ошибки капитана и в результате неверных действий команды.