真一寺现存的建筑本体大致上为昭和11年(公元1936年)所建,此后虽历有整建,但大致仍保留原貌未有太大变动。真一寺之建筑格局为二进一院,寺院正后方则建立一栋现代式的佛堂作为祭拜空间之用。前殿为泉州派庙宇建筑,大木构栋架保存完整,其神龛亦为木造,施作成西方维多利亚式的风格,饰有勋章与西式吊灯,中西合璧为一大特色。其屋顶为闽南式庙宇屋顶形式,左右建有钟鼓楼,高度适中与建筑本体有协调之感,屋顶上的剪黏作品虽然不多,但造型精巧细致,亦有可观之处。屋檐下之吊筒为花篮造型,上方还有以「麻姑献寿」为题的束材,两旁木雕以花鸟造型为主,另有用内枝外叶方式雕刻成的员光雕件、飞凤插角,虽非名家作品但亦有可观之处。
庙内前殿左右次间的大楣彩绘佛教故事,分别为「火焰山下」、「佛陀龙宫说法」题材。正殿后方左右两侧为厢房,过去为出家僧众住宿之所,左侧1间则辟为功德厅,奉祀历代住持与信士之神位。后殿主祀三宝佛,原本吕什偕所奉祀的泥塑观音像于民国时期重修时不慎摔落,现已移除,但后殿上方仍留有日治明治年间的「法雨宏施」匾额。真一寺墙堵上皆有华丽彩绘,为当年重建之时聘请彩绘匠师刘沛(1884-1972)所绘,现今刘沛传世作品较少,真一寺目前尚保留2扇门面为其作品,并有落款「石庄」。刘沛匠师,字沛然,号石庄、石颠、作云等,祖籍潮洲饶平杨康,定居台中石冈,属客籍后裔,作品主要分布于台湾中部。其生涯中大部分的彩绘画作分布在传统民居,以博古、花卉及历史人物故事为主,早期在其彩绘画作落款为「刘沛」,后期落款则为「石庄」及「沛然」,由此可知真一寺所存之2扇门面为其后期作品之一。
现今真一寺的彩绘大多为嘉义县大林的匠师郭田所绘,尤其集中于后殿,三间相邻的佛堂木板墙皆是以彩绘人物装饰,色彩相当鲜艳,人物造型朴实,神情自然,后殿全殿为彩绘装饰,为真一寺一大特色。
庙内彩绘则是多以佛教故事为主,譬如三藏取经、龙王朝拜佛祖等题材,多为嘉义县大林的匠师郭田所绘,色彩相当鲜艳,人物造型朴实。
前殿为泉州派庙宇建筑,大木构栋架保存完整,其神龛则施作成西方维多利亚式的风格,中西合璧为一大特色。
斗六真一寺在云林县为仅有具民间佛教斋堂的空间特色之建筑。