位於大成門之內,為孔廟建築群中層級最高的建築。建立於臺基之上,由十二根柱子與三面承重牆支撐,而除了點金柱與南面中央兩根外,其餘的柱子都是附壁柱。屋頂為重簷歇山頂,正脊中央有九層寶塔,兩側有及雙龍及藏經筒。殿前有祭孔時跳佾舞的露臺,臺前為御路(螭陛),臺基角落有排水用之「螭首」。殿內中央供奉孔子之神龕,兩側供奉四配(顏子、子思、曾子及孟子)及十二哲(閔子鶱、冉雍、端木賜、仲由、卜商、有若、冉伯牛、宰我、冉有、言偃、朱熹),上方則懸有清代以來自康熙至光緒皇帝、與中華民國行憲後歷任總統所賜的牌匾。皇帝賜匾有康熙帝御筆之寶「萬世師表」、雍正帝御筆之寶「生民未有」、乾隆帝御筆之寶「與天地參」、嘉慶帝御筆之寶「聖集大成」、道光帝御筆之寶「聖協時中」、咸豐帝御筆之寶「德齊幬載」、同治帝御筆之寶「聖神天縱」及光緒帝御筆之寶「斯文在茲」等匾,總統贈匾有蔣中正「有教無類」、嚴家淦「萬世師表」、蔣經國「道貫古今」、李登輝「德配天地」、陳水扁「中和位育」、馬英九「聖德化育」及蔡英文「德侔道昌」等匾。其中道光御匾在2019年的修復工作中,發現其後另有一匾「天衡保軸」。 大成殿所在之合院兩側為東西廡,面寬五開間,室內空間為一長廊型態,其中東廡奉祀41位先賢39位先儒,西廡奉祀40位先賢38位先儒。禮器庫與樂器庫分別位在東、西廡北側,是收藏禮樂器之處。清康熙時,禮樂器收藏在西廡下,乾隆時則與典籍分藏在崇聖祠兩側,之後因禮樂器增加才又分放在東西廡北邊廂房內,亦為面寬五開間的長廊型空間