Архитектурно CPLD состоит из программируемой матрицы соединений, множества функциональных блоков (ФБ) и блоков ввода и вывода, которые обычно расположены в периферийной области кристалла. Структурная схема CPLD приведена на рис. 1. Функциональные блоки CPLD содержат последовательно соединенные матрицы ЛЭ И и ИЛИ, а также некоторые другие элементы, расширяющие функциональные возможности.
Рис. 1.  Структурная схема CPLD
Каждый элемент И (конъюнктор) имеет 2n входов, которые соединяют его со всеми n-линиями входных сигналов и их инверсиями. На выходах конъюнкторов формируются термы, которые поступает на входы элементов ИЛИ, образуя на их выходах логические функции произвольного вида. В линии связи включены программируемые ключи, с их помощью можно создать соединения элементов в схемах ФБ, и тем самым настраивать ее на реализацию конкретной системы функций с заданным числом термов и числом входных переменных.
В CPLD, в отличие от типичных для FPGA систем сегментированных линии связей различной длины, соединяемых между собой посредством программируемых ключей, используется непрерывная или одномерно непрерывная система связи. При этом все связи идентичны, что позволяет упростить проектирование и изготовление схем высокого быстродействия, а также дает возможность предсказания задержек сигналов в связях. Программируемая матрица соединений, называемая также коммутационной матрицей, позволяет соединить выход каждого ФБ. Входы ФБ связаны с горизонтальными линиями, которые пересекают все вертикальные линии коммутационной матрицы. Между этими горизонтальными и вертикальными линиями имеются программируемые точки связи, с помощью которых вход каждого ФБ может быть подключен к выходу любого другого ФБ. Таким образом, программируемая матрица соединений обеспечивает полную коммутируемость функциональных блоков. Внутри самих ФБ может быть использована локальная система коммутации.
СБИС ПЛ смешанной архитектуры (FLEX) является усовершенствованным вариантом CPLD с улучшенной архитектурой, появление в составе которого триггерной памяти конфигурации обусловлено освоением глубоко субмикронной технологии и многослойных металлизаций.