萬佛殿的平麵呈正方形，明間寬度為4.55米，梢間寬度為3.51米，整座大殿通闊11.57米，總進深10.77米。按照唐代佛寺的等級製度，建築規格較低，一般不允許使用形式複雜的外簷鋪作，而五代時期建成的這座三間禪寺卻破例在外簷采用了龐大的七鋪作，它的材分、尺度也依照了七間殿堂的規格，鬥拱高度甚至超過了柱高的2/3.
大殿為單簷九脊歇山式屋頂，在中國古建築的等級上僅次於廡殿式。按照唐代木構做法，屋麵舉架比例為1：3.6，以使坡度平緩。外簷柱頭的鬥拱用材寬厚，尺度碩大，風格古樸雄渾。鬥拱高1.74米，層層疊疊托起大殿四周的外簷，造成一種出簷深遠、屋頂舒展的視覺效果。萬佛殿出簷最深的翼角至外牆角柱距離達到2.94米，這在平常的殿堂建築裏十分少見。由於匠人在營造這座大殿屋頂時采用了舉折和屋角反翹的技法，因而使龐大厚重的殿堂屋頂如斯如翬（huī），顯得格外輕盈，產生了升騰欲飛的藝術形象，頗具唐風，可與五台山唐代建築南禪寺的屋頂造型媲美。
在殿內，正中間的佛壇大約占殿內麵積的一半，長和寬均為6.09米，高出地麵0.55米。在佛壇中央的須彌座上塑著一尊高大的佛祖釋迦像，和顏悅目，身披金裝，跏趺（jiāfū）端坐，神態慈悲慈祥。在紅黃兩色相間的佛像背光上，飾以做工精致的金龍、彩鳳、孔雀、花紋和火焰圖案，流光溢彩，耀眼輝煌。緊靠佛像左右為弟子阿難與迦葉尊者的立像。四尊菩薩像分置佛像前的兩旁：文殊和普賢兩大菩薩均單腿偏坐在“八葉蓮台八角須彌座”上，兩尊供養菩薩各站文殊、普賢兩側。菩薩造像體態豐滿柔美，肌膚細如凝脂。個個麵龐圓潤，鼻長口小，明眉皓目，胸部袒露，儼然是雍容華貴的唐代女性形象，反映了盛唐時期以胖為美的審美取向。兩尊天王和兩尊供養童子塑像也都栩栩如生。天王身著鎧甲，手執兵器，盡展威武雄健之勢。相比之下，童子衣著儉樸，身形瘦弱，透著純真善良。形成了剛柔對比效果。這一佛、二弟子、四菩薩、二天王、二童子的佛像彩塑都是北漢天會七年（963）的原作。匠人們憑借豐富的想象力和對宮廷禮序的理解，在這小小天地裏，演繹著世俗間心儀的佛國聖潔。這些佛像彩塑雖經後世重修，但是人物的造型、衣飾、麵相、鬃髻（zōngjì）等始終保留著唐末五代時的風韻，是中國除敦煌莫高窟以外，現在僅存的五代時期作品，對於了解、研究晚唐時期與五代十國的宗教、社會、服飾彌足珍貴。
如今在我國現存地麵以上木構建築中，年代最久遠的古建築除了唐代的南禪寺、佛光寺和天台庵，就隻留下了五代時期的遺構平遙鎮國寺，正所謂鳳毛麟角。它的建築形製、結構特征、雕塑藝術更與南禪寺、佛光寺極為相似，曆史價值、建築價值和藝術價值自然也就不言而喻。1965年鎮國寺被公布為省級文物保護單位，1988年又被國務院公布為全國重點文物保護單位，享受到了中國文化遺產的最高殊榮。