庙坐北朝南,南北长56.48米,东西宽62.63米,总占地面积3537平方米。依次排列有照壁、山门(后兼戏台)正殿、寝宫,山门两侧为钟鼓二楼,碑廊和仪门分立二楼左右。
山门面宽三间,进深四椽,单檐硬山顶。台基与乐楼相连,高出地面1.18米。山门明间留有较低的通道,次间垫高与乐楼台面相平,演出时架木板制成平整的台面。乐楼为清乾隆四十七年(1782年)建,面宽三间,进深五椽,歇山卷棚式屋顶。
正殿是庙内主体建筑,明天顺年间(1457—1464年)重建,面宽三间,进深六椽,单檐歇山顶,筒板瓦覆盖,前檐插廊。斗栱为五踩双下昂。梁架结构为六架椽屋前后单步梁通檐用四柱。
寝宫位于大殿之后,面阔三间,进深四椽,单檐悬山顶,屋顶为筒板瓦覆盖。柱头卷刹显著,圆和自然。柱上阑额普拍枋呈“丁”字型断面,出头垂直砍截,不作任何装饰。斗栱五铺作,单抄单下昂重栱造,明间补间铺作出45度斜栱。梁架结构为四椽栿通达内外。
碑廊内保存有大王庙与盂县境内重要碑刻十余通。
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