真一寺現存的建築本體大致上為昭和11年(公元1936年)所建,此後雖歷有整建,但大致仍保留原貌未有太大變動。真一寺之建築格局為二進一院,寺院正後方則建立一棟現代式的佛堂作為祭拜空間之用。前殿為泉州派廟宇建築,大木構棟架保存完整,其神龕亦為木造,施作成西方維多利亞式的風格,飾有勛章與西式吊燈,中西合璧為一大特色。其屋頂為閩南式廟宇屋頂形式,左右建有鐘鼓樓,高度適中與建築本體有協調之感,屋頂上的剪黏作品雖然不多,但造型精巧細緻,亦有可觀之處。屋簷下之吊筒為花籃造型,上方還有以「麻姑獻壽」為題的束材,兩旁木雕以花鳥造型為主,另有用內枝外葉方式雕刻成的員光雕件、飛鳳插角,雖非名家作品但亦有可觀之處。
廟內前殿左右次間的大楣彩繪佛教故事,分別為「火焰山下」、「佛陀龍宮說法」題材。正殿後方左右兩側為廂房,過去為出家僧眾住宿之所,左側1間則闢為功德廳,奉祀歷代住持與信士之神位。後殿主祀三寶佛,原本呂什偕所奉祀的泥塑觀音像於民國時期重修時不慎摔落,現已移除,但後殿上方仍留有日治明治年間的「法雨宏施」匾額。真一寺牆堵上皆有華麗彩繪,為當年重建之時聘請彩繪匠師劉沛(1884-1972)所繪,現今劉沛傳世作品較少,真一寺目前尚保留2扇門面為其作品,並有落款「石莊」。劉沛匠師,字沛然,號石莊、石顛、作雲等,祖籍潮洲饒平楊康,定居臺中石岡,屬客籍後裔,作品主要分佈於臺灣中部。其生涯中大部分的彩繪畫作分布在傳統民居,以博古、花卉及歷史人物故事為主,早期在其彩繪畫作落款為「劉沛」,後期落款則為「石莊」及「沛然」,由此可知真一寺所存之2扇門面為其後期作品之一。
現今真一寺的彩繪大多為嘉義縣大林的匠師郭田所繪,尤其集中於後殿,三間相鄰的佛堂木板牆皆是以彩繪人物裝飾,色彩相當鮮豔,人物造型樸實,神情自然,後殿全殿為彩繪裝飾,為真一寺一大特色。
廟內彩繪則是多以佛教故事為主,譬如三藏取經、龍王朝拜佛祖等題材,多為嘉義縣大林的匠師郭田所繪,色彩相當鮮豔,人物造型樸實。
前殿為泉州派廟宇建築,大木構棟架保存完整,其神龕則施作成西方維多利亞式的風格,中西合璧為一大特色。
斗六真一寺在雲林縣為僅有具民間佛教齋堂的空間特色之建築。