南瑶宫建筑群组中，以观音殿最具特色，建筑格局、作工、造型等，都深受外来影响，融入日本和式及希腊巴洛克式风格，和臺湾传统寺庙建筑大异其趣。其外观大致为重簷歇山(就是四面屋坡屋顶上再加上一层屋顶，象徵尊贵)式样，正面3个老虎窗，下簷的栏杆立面、平直屋嵴、黑色日式屋面、木作之凋刻图案均为「菊花」即为浓厚日风；而屋顶下簷加簷牆栏杆，乃西洋压簷牆的作法；迴廊上的柱头承袭希腊多立克（Doric）柱式的造型，显然深受西方建筑思潮的影响。殿内还有铜板製之天花、十八罗汉洋式框架壁饰及日本外格的神龛等，为其他庙宇所无的装饰，这些中、西、日合璧式建筑流行于公元1920年前后，是南瑶宫建筑最迷人之处。一般庙宇均以中央正殿规模最大，但观音殿格局却比正殿更大，主因观音殿原设计为正殿，但强烈建筑风格难挡保守民风，于是在前方又另建正殿取代，也成为陈应彬(彬司)昙花一现的作品。
观音殿内左右各有非常大的西洋式泥塑镜框，是臺湾寺庙中特有的装饰，相传为当时建造观音殿时，匠师装饰其上，目的功用已不可考，上面凋刻的花纹为日风的「菊花」，全臺目前仅观音殿可见此类镜框。
在观音殿内上方，使用有如棋盘格子的平顶天花板装饰，在宋代《营造法式》称为「平棊」，是日治时期的日式建筑流行的天花板，在近代所兴建的龙山寺、新竹城隍庙与彰化南瑶宫都有平棊。
南瑶宫三川殿是在正殿完成后，礼聘溪底派木匠王树发设计，溪底派主要为大木作、藻井的施作，小木作的木凋，则由泉州凋刻名师杨秀兴与田中匠师进行对场作，包括民间故事、力士等人物均栩栩如生。杨秀兴技法一流、擅长凋花，臺北艋舺龙山寺等知名庙宇也留下不少作品。
南瑶宫殿内共有3对精緻的龙柱，都是典型日治时期的造型风格，分别位于三川殿、正殿、观音殿前。其中三川殿龙柱落款为昭和5年（公元1930年）由老二妈会员所敬献，材质为青斗石(bluestone)，柱身设计为八角型，单龙盘柱、四爪握珠，龙柱上并装饰有封神榜人物。