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大雄宝殿在上华严寺内北隅。始建于辽代清宁八年（1062），保大二年（1122）毁于兵火。金代天眷三年（1140）在旧址重建，以后历代屡有修葺。
厚重古朴的大雄宝殿
大殿矗立在4米多高的月台上，厚重古朴。月台前正面置石级，周围装勾栏，四周巨相苍松，枝繁叶茂，庄严肃穆。大殿依辽代风俗，坐西面东，面阔九间，进深五间，单体建筑面积1,559 平方米，巍峨壮观。是我国现存辽、金时期最大的佛殿，同时也是我国最大的佛殿之一，（另一座是辽宁省义县奉国寺大殿）。
气势磅礴，巍峨壮观的大雄宝殿
大雄宝殿称为四朝宝殿：辽代的基础，金代的殿堂，明代的塑像，清代的壁画。四朝合一，在全国仅此一例。是具有独特风格和高超建筑艺术水平的古代庙宇。大殿的建筑结构与辽代清宁二年所建的应县木塔极为相似，证明金代重建时延续了辽代的风格。大殿的屋顶采用单檐庑殿顶，檐高9.5米，出檐3.6米，举折平缓。外檐斗拱共有五种，均为五铺作，形制硕大有力，既传递了殿顶负荷，又增加了建筑的美观。大殿檐下四面柱头上以古朴雄浑的斗拱烘托着深远翼出的屋檐。转角处角梁平伸，起翘微小，体现出整体建筑气势磅礴，巍峨壮观的风韵。这种建筑结构十分牢固，历经八百年风雨地震。仍旧稳健坚固，气势宏伟。
大雄宝殿正脊北端的金代鸱吻
大雄宝殿正脊南端的明代鸱吻
大雄宝殿正脊上的琉璃鸱吻高达4.5米，北端鸱吻系金代遗物，历经风雨，至今光泽灿然。南端鸱吻为明代配制。这一对鸱吻是我国古代建筑物中最大的琉璃鸱吻。脊饰垂兽作二首相联状，形制极为罕见。
大雄宝殿前悬挂明代匾额两块
殿前当心挂有匾额两块。一为大雄宝殿，一为调御丈夫，均为明代之物。调御丈夫，梵语：富楼沙昙藐婆罗提。谓佛某时以柔软语，某时以苦切语，而说种种诸法，调伏制御一切众生，令离垢染，得灭度。佛陀大慈大智，能以种种方便调御修行者的心性，使往湼槃正道，正如驯马师善于调御马性，使入善道，故名“调御丈夫”。调御丈夫是一切如来的十个名号之一。
月台中央安置的明代铁制梦香炉
月台中央安置的明代八角陀罗尼石经幢
大雄宝殿月台中央置有辽大康二年八角陀罗尼石经幢和明万历二十二年铁制梦香炉各一座，两侧有构造简洁的钟亭、鼓亭，这也是辽金佛寺的布局特征。
大雄宝殿月台两侧构造简洁的钟亭、鼓亭
大殿外观粗犷雄伟，内部则金碧辉煌，精美华丽，是北方少数民族文化与汉族文化交汇融合的产物。华严寺以它建筑之宏伟、结构之美观、气宇之轩昂、雕塑之精湛、壁画之丰富在中国佛教文化中，占有重要的一席之地。
大殿正面辟三门，门板外饰壶门牙子，形制古朴，为辽金建筑的独特风格。殿外的殿墙上嵌有四块石碑，为南宋著名理学家朱熹书写的《易经》碑，笔法遒劲，系明末崇祯年间摹刻的，珍贵异常。只是年代久远，字迹已然模糊不清。
大雄宝殿内景
殿内采用减柱法，减少内柱十二根，最大限度的扩大了殿内面积，有效的增加了安置佛像和礼佛的空间。殿内有明成化元年碑二通和明万历九年碑一通，是研究华严寺历史的重要资料。殿内还有一座2.5米高的木构楼阁模型，是仿制明代大同城西北角的乾楼而作，乾楼曾被誉为大同八景之一的镇楼秋爽。
大雄宝殿乾楼模型
大殿正中供奉着五尊佛像，称五方佛，正中是法身佛：中央毗卢遮那佛；左手第一位是东方阿閦佛，代表觉性，第二位是南方宝生佛，表示佛德；右手第一位是西方阿弥陀佛，表示智慧，第二位是北方不空成就佛，表示事业。这五尊佛像皆为明代所塑，中间三尊为木雕，两侧两尊为泥塑。
五方佛
五方佛前立佛是接引如来，接引众生往生西方净土。佛坛两侧对称排列着明塑二十护法诸天，姿态各异，神情不一，身躯前倾15度，造型别具一格。
殿内四壁满布清代绘制的21幅巨型壁画，色彩艳丽，金碧辉煌，题材广泛，内容丰富，保存完好。壁画彩绘面积高达887平方米。面积在山西省寺院壁画中居第二位，仅次于芮城永乐宫。
壁画（局部）
大雄宝殿殿内梁架原为彻上露明造，明宣德至景泰年间(1426—1454年)增补平棋，清代施以彩画。所绘圆环、龙凤、仙鹤、花卉、梵文等图案，极富变化，构图精美，贴金彩绘，色彩艳丽，充满动感，把大殿妆扮得富丽堂皇。在大殿南侧后部，还留有几十幅明代平棋彩绘，为仙鹤展翅图案，四角绘以云纹，至今色彩艳丽如新。平棋即为天花板，古代也称为承尘。多为木制，上施彩绘或贴以有彩色图案的纸。仰看酷似棋盘，所以得名。大雄宝殿殿内顶部天花板彩面共937块，彩图1012幅。
平棋彩绘
（大雄宝殿内的佛像、壁画和平棋彩绘另有专文介绍）
大雄宝殿月台石级两侧墙上，南北各有砖刻禅语一通，均为126字，是清代书法家崔卿云所书，其字苍劲有力，姿态雄浑。
月台石级南侧砖刻禅语
南侧
译文：太阳升起有光明，但虚空并不是因此而明亮；太阳落下成黑暗，但虚空也并不是因此而黑暗。光明与黑暗这两种境相互相取代、不得并存，而虚空廓大自如的本性却是常在大光明中，无所谓明暗，诸佛、众生、真心也是这样。若是认为佛是清净光明之相，众生是垢浊暗昧之相，这个人经历恒河沙这样多的劫数也不会觉悟。人们都是心随境走、逐境生心，若想去掉境相，应当忘却分别执著这个妄心，心忘境相自空，境空妄心自灭。见善妙美好的境相不生欢喜心，见种种凶恶境相也不生恐怖念，忘却身心，量等法界，方能得大自在。
月台石级北侧砖刻禅语
北侧
原文：凡人多于事碍理，境碍心，常令逃境以安心，遗事以存理，不知乃是心碍境，理碍事。但令心空境自空，理寂事自寂，勿倒用心也。此法即心，心外无法；此心即法，法外无心。心自无心，亦无无心者，若将心无心，心却反成有。为有贪嗔痴，故立戒定慧；本无烦恼，焉用菩提！故祖德云：佛说一切法，为除一切心；若无一切心，何用一切法。
译文：大多数修行人都是被事阻碍理、让境制约心，常常想逃离境相以安稳自心，避开事物以保守真理，却不知本来是心制约境、理阻碍事，但能让心空，则境相自空，理寂则事物自寂，千万不可颠倒认识。法就是心，心外无法；心就是法，法外无心。心的本性就是无心，也没有无心无妄的管理者。若是非要使此心无心，反而成为有心。因为有贪嗔痴，所以要修戒定慧；若已经无烦恼，又何须觉悟！因此祖师大德说：佛说一切修行法门，为的是除灭一切妄心，若是已经没有一切妄心，又何用这一切修行法门。