南瑤宮建築群組中，以觀音殿最具特色，建築格局、作工、造型等，都深受外來影響，融入日本和式及希臘巴洛克式風格，和臺灣傳統寺廟建築大異其趣。其外觀大致為重簷歇山(就是四面屋坡屋頂上再加上一層屋頂，象徵尊貴)式樣，正面3個老虎窗，下簷的欄杆立面、平直屋脊、黑色日式屋面、木作之雕刻圖案均為「菊花」即為濃厚日風；而屋頂下簷加簷牆欄杆，乃西洋壓簷牆的作法；迴廊上的柱頭承襲希臘多立克（Doric）柱式的造型，顯然深受西方建築思潮的影響。殿內還有銅板製之天花、十八羅漢洋式框架壁飾及日本外格的神龕等，為其他廟宇所無的裝飾，這些中、西、日合璧式建築流行於公元1920年前後，是南瑤宮建築最迷人之處。一般廟宇均以中央正殿規模最大，但觀音殿格局卻比正殿更大，主因觀音殿原設計為正殿，但強烈建築風格難擋保守民風，於是在前方又另建正殿取代，也成為陳應彬(彬司)曇花一現的作品。
觀音殿內左右各有非常大的西洋式泥塑鏡框，是臺灣寺廟中特有的裝飾，相傳為當時建造觀音殿時，匠師裝飾其上，目的功用已不可考，上面雕刻的花紋為日風的「菊花」，全臺目前僅觀音殿可見此類鏡框。
在觀音殿內上方，使用有如棋盤格子的平頂天花板裝飾，在宋代《營造法式》稱為「平棊」，是日治時期的日式建築流行的天花板，在近代所興建的龍山寺、新竹城隍廟與彰化南瑤宮都有平棊。
南瑤宮三川殿是在正殿完成後，禮聘溪底派木匠王樹發設計，溪底派主要為大木作、藻井的施作，小木作的木雕，則由泉州雕刻名師楊秀興與田中匠師進行對場作，包括民間故事、力士等人物均栩栩如生。楊秀興技法一流、擅長雕花，臺北艋舺龍山寺等知名廟宇也留下不少作品。
南瑤宮殿內共有3對精緻的龍柱，都是典型日治時期的造型風格，分別位於三川殿、正殿、觀音殿前。其中三川殿龍柱落款為昭和5年（公元1930年）由老二媽會員所敬獻，材質為青斗石(bluestone)，柱身設計為八角型，單龍盤柱、四爪握珠，龍柱上並裝飾有封神榜人物。