关帝庙建筑坐北朝南，庙前广场上，映入人们眼帘的是一座庄重而典雅的戏台，平面呈“凸”字形，上有清代“演真楼”的牌匾，这座戏台彰显着典型的明清建筑风格，逢关羽生辰和庙会，这里都要举行盛大的祭典，上演戏剧。沿中轴线依次建有山门、过殿、主殿、春秋楼四座主体建筑，两侧配有名将祠和极具特色的财神殿、奶奶殿，中轴线的西侧为结义园和邀月园，为纪念刘、关、张桃园结义而建，每逢春暖花开之际，园内桃花含苞欲放，阵阵花香袭人，颇富桃园结义之意趣，整座建筑古朴典雅，主次分明，整座建筑古朴典雅，主次分明，高低错落，完整恢宏，是传承“忠、义、仁、勇”的关公精神和创建和谐文化的胜地。巍然屹立于大庙中心的主殿，面阔三间，进深两间，殿顶为单檐九脊歇山顶，上覆琉璃瓦，光彩熠熠。是大同市城区内唯一的一座元代建筑，具有极高的历史及艺术价值。建筑面积400多平方米。殿前的抱厦，面阔三间，进深两间，是清代为扩大祭祀活动面积所增建。呈勾连搭卷棚式，亦为黄、绿、蓝琉璃瓦布顶。主殿内部结构特别，后端置内柱两根，柱间各置雕刻精细的木质神龛一个，结构均为重檐。檐下斗拱共十一踩，排列密集纯系装饰，为清代结构。 关帝庙建筑严谨，浑为一体。大殿翼角翘扬，斗拱施布有独到之处。殿内清代增置的平棋藻井上绘制的龙形图案，多姿多态，别具一格。
