穿過儀門，即可看見大成殿，屹立於寬廣的花崗石庭院中央。祭孔時，正獻官、分獻官及陪祭官遵照古禮分列站在庭院中特定的位置，儀式非常莊嚴。大成殿是孔廟的主殿，奉祀至聖先師孔子之牌位。大成殿立在很高的臺基上，有階梯可登。在大成殿之前，有一座突出的平臺，也稱為丹墀，為祭孔時安置樂器並供佾生獻佾舞之場所。丹墀前又有御路，上面雕雲龍，龍首鋒芒畢露具有很高的藝術水準。

大成殿面寬五開間，進深六開間，共用四十二根巨柱。它採用重簷歇山式屋頂，有兩層屋頂，四周設走馬廊，可沿屋簷迴廊繞行一周。形制宏偉而且結構嚴謹，為臺灣近代少見的巨大建築。

大成殿的走馬廊石柱皆採用泉州白石，殿前中央則立一對蟠龍柱，雕工精緻，被譽為傑作。這些石雕皆是聘自泉州惠安一帶的匠師所作，風格蒼勁古拙，與一般寺廟的繁瑣纖細不同。

大成殿的屋脊中央有一座七級寶塔，兩端燕尾翹起之處又立有兩支筒狀物，而規帶上又有七十二隻泥塑梟鳥，這些裝飾都有典故及傳說。

民間相傳寶塔有鎮殿群邪象徵，故大成殿也安置七級寶塔。筒狀物稱為通天筒，立於鰲魚之上，筒身盤龍。據說宋朝朱熹感念孔子德配天地，道冠古今，乃於泉州孔 廟屋頂立通天筒以示崇敬，此後閩南地區的孔廟皆沿襲此傳統。另有一說為秦始皇焚書坑儒，士子為保存經書，乃將書籍藏於竹筒內，為紀念護書有功的竹筒，乃豎 立通天筒於屋脊之上。

大成殿正中央神龕奉祀至聖先師孔子牌位，上方高懸先總統蔣中正先生所書「有教無類」之黑底金字匾額。左右牆奉祀四配(復聖顏子、宗聖曾子、述聖子思子、 亞聖孟子)與十二哲（閔損、冉雍、端木賜、仲由、卜商、有若、冉耕、宰予、冉求、言偃、顓孫師、朱熹）等牌位。大成殿氣氛莊嚴肅穆，殿內上方裝置八角藻 井，共有二十四支斗栱向中央集中，斗栱上升四層之後，再減為十六支斗栱收至頂心，有如輻射狀，至為壯麗。在藻井四角落有四隻蝙蝠雕飾，諧音為「賜福」。

另外，在藻井兩旁有斜櫺的天花板，既可遮擋屋頂的桁木與樑架，亦可使天花板通風，裝飾與實用兼顧，令人對中國古建築的巧思心生欽佩之意。