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元至元元年(1335年)又重建，明清两代屡次修葺，始成今日规模。现存主要建筑玉皇殿建于宋，汤帝殿建于金，后院左右垛殿和东西配庑为元建，余皆明清所筑。
庙坐北朝南，建筑布局为三进院落，平面布局为长方形，南北长110米，东西宽32米，计有殿宇楼亭110间，占地面积3520平方米，是一所较有规模的古建筑群。中轴线上由南向北依次排列有头道山门、仪门、成汤殿、献亭、玉皇殿、东西配殿;两庑二十八宿殿、十二辰殿、十三曜星殿、关帝殿、蚕神殿及厢房、钟鼓二楼。建筑鳞次栉比，错落有致。
头道山门、二道山门、诸神享亭、玉皇殿建筑在一条中轴线上。头道山门前，建有东西两个碑廊，保存着庙宇沿革历史的资料。进入山门是前院，前院没有正殿，正中是二道山门，东西两庑内，原来祀奉文昌、风伯、雨师等神只，早已毁坏。山门造型为单檐悬山顶，琉璃装饰，与钟鼓楼顶上琉璃孔雀兰构件相互增辉，十分鲜艳。享亭单檐歇山顶，斗拱出现龙头象鼻，有侧角升起。
过二道山门是中院。中院正殿为献享殿，也称作成汤殿，诸神殿居于中院正中，木构楼阁，面宽三间，进深六椽，单檐悬山顶，古雅朴实，塑有成汤像。并有木雕阁楼三幢。东偏殿是东岳殿，里面奉祀东岳大帝黄飞虎及夫人贾氏，还有儿子黄天化，麾下大将黄明、周纪、龙环、吴谦等。西偏殿是三王殿，奉祀牛王、马祖、天钱罥祖，形容都很怪异。。东西两侧分别为药王殿、五道殿、高谋祠，内塑药王、五道将军、文王夫妇。南殿，西为地藏菩萨殿，内塑十殿阎君；东为六瘟殿，内塑六瘟神像。
后院大殿为玉皇殿，单檐歇山顶，面宽三间，进深六椽，板门直棂窗。窗台下垫角为水磨石，浮雕花鸟。檐柱柱础为覆盆莲花，柱为圆木，上有卷刹，侧角升起，斗拱为真昂四铺作。整个建筑结构严谨，形制美观，雕刻精细。殿宇粗壮的梁柱斗拱结构、门窗墙壁以及神台上镶嵌的浮雕砖饰还保留着宋金时期的建筑风格。正殿内塑有玉皇大帝、普天星君。左右偏殿分别为三垣、四圣塑像。东西廊房为九曜星、六太尉和十二辰、二十八宿塑像。
玉皇庙所珍藏的宋、金、元不同时期的彩塑，具有非凡的观赏价值和文物价值。尤其是二十八宿殿的彩色泥塑，代表了中国古代雕塑艺术的最高成就，不仅对元之后的古代雕塑产生过重大影响，而且对当今雕塑艺术的研究和发展具有重要意义。其间的 260余尊道教诸神泥塑自成体系，艺术地展现了中国道教诸神系统。尤其是二十八宿泥塑，在全国现已发现的古代塑像遗物中尚属孤品，反映了中西雕塑艺术合流的轨迹，是一座奇特神妙的道教艺术宝库，具有极高的历史价值和审美价值。
东垛殿是三垣殿，普通的说法是三元殿，奉祀三元神。三元又叫做三官，就是天官、地官、水官，这是汉末魏晋时期天师道所尊崇的三个最重要的神只。殿里的塑像是宋代的作品，但是经过历代重装，已经失去了本来面貌。西垛殿是四圣殿，奉祀天篷、天猷、黑煞、真武四圣。四圣是北极紫微大帝的四员大将，宋朝的时候受到皇帝的重视和提倡，在道教神只中地位显赫。神像是清代重塑的。后院东庑的上三间是十三曜星殿，奉祀十三星君。塑像是明代的作品，其中金星、水星都是青年女性形象。水星形态端丽，神情娴静；金星手抱琵琶，神情抑郁。东庑中三间是关帝殿，奉祀关圣帝君；下五间奉祀蚕神等，塑像多尊，大都是明清时代的作品。