龍山寺坐北朝南呈回字形排列，為中國古典三進四合院之宮殿式建築，由前殿(三川殿)、正殿(中殿)、後殿(聖母殿)及左右護龍構成。前殿的總面寬達到為11開間(中國古代建築計算單位，指建築的迎面間數)，視覺十分壯闊，分為三川殿、龍門廳、虎門廳。三川殿裝飾藝術雕刻精美，牆壁以青、白石構成優美勻稱對比。正殿面寬5開間，為龍山寺主要殿堂，主祀觀世音菩薩，除基台較高有鶴立雞群之感，殿前並有突出月臺，供信眾參拜。四周內外共使用42根石柱，彰顯正殿恢弘格局。
龍山寺山門建於公元1960年代，為四柱三間的歇山重簷式牌樓，出自知名建築師與民俗藝師廖石成（公元1899年-1984年）所設計，造型簡練大氣，與後方三川殿搭配，渾然一體。
藻井向來僅使用於中國的尊貴建築，前殿的八卦藻井以32組斗栱集中向中心組合而成，其間還穿插斜向的交叉拱，並分成內外兩圈，結構十分奇巧美觀，是出自泉州名匠王益順之手。
龍山寺鐘鼓樓為六角形造型，傳統寺廟鐘鼓樓通常為獨立式閣樓，但龍山寺受限市區地方狹小，而蓋在「護室」(與主廳堂垂直之長條房屋)上方。最特別的是鐘鼓樓設計採轎頂式屋頂，上方為三重簷，是臺灣首次出現的廟宇鐘鼓樓建築形式，並影響後來各地廟宇的建築風格。東側為鐘樓，西邊為鼓樓，現貌也是泉州名師王益順所修，戰後(公元1945年)廖石成加以修理，並將上簷略為提高。
位於三川殿正面入口處的龍柱，為全臺唯一的銅鑄龍柱，為民國8年(公元1920年)由廈門交趾陶、剪黏名師洪坤福（公元1865年-？）做泥胚，完成後，再由臺北鐵工廠李祿星(生卒年不詳) 以翻砂技術鑄造而成。龍身線條分明，柱身則以封神榜人物雕刻襯托，柱底則設計成海浪、鯉魚與柱珠，由此可以發現當年匠師設計的巧思。
位於龍山寺正殿四點金柱之間正上方的螺旋藻井，直徑達5.82公尺，由32組斗栱以逆時針組合而成，最初也是出自泉州名師王益順之手，以順時針方向散開，戰後(公元1945年)重建時改成逆時針方式組合。
位於正殿有一尊高1.11公尺、雕刻線條粗獷的釋迦立像，為日治時期出身艋舺的臺灣第一位雕塑家黃土水(公元1895年-1930年)於1925年所作，立像以南宋梁楷(生卒年不詳)水墨畫「釋迦出山圖」為藍本，二次大戰時遭戰火燒毀，後來由行政院文建會(現已改制為文化部)以原模翻製。