大昭寺坐东朝西，正方形的觉拉康殿为中心大殿，殿高四层，上覆L金铜顶，经堂、佛殿和西藏地方政府等建筑环绕四周，衬托出主殿雄伟的气势。寺庙殿堂虽然没有严格的规制，但院落空廊错落有致，起到整齐统一的建筑艺术效果。主殿为砖木结构，所使用的砖是古代的琉璃大砖，质地坚硬，式样美观。内部廊柱高大，呈正方形，上小下大，柱头上彩绘飞天浮雕，初檐与重檐之间饰排列的木雕伏兽和一百零八尊半圆雕的人面狮身像，形象古朴主动，线条流畅，雕工精美。殿堂构造风格特殊，为我国古建筑中所罕见，是我国古建筑艺术的杰作。更有趣的是，仔细观察那些雕像，鼻子都是扁平的，相传这是赞普松赞干布所制造。在大兴土木建造大昭寺时。松赞干布变了许多化身，一齐上梁挥斧干活。有一天赤尊公主亲往工地送饭，看见干活的都是松赞干布，感到惊奇大叫了一声，他们一齐循声张望，不慎斧子偏刹 1把雕像的鼻子都削平了。大昭寺殿顶为重檐歇山式，覆盖L金铜顶四座，俗称金顶，全顶屋脊上有宝瓶、FA轮、经幢、莲座等装饰，在阳光照射下闪闪发光，显得分外壮观。
殿内正中供奉着一尊半米高的释迎牟尼12岁时的等身紫金像，是文成公主于公元641年从长安带来的，所以它是寺内大大小小数以于计的佛像中最为珍贵的一尊。佛像原无佛冠，现戴的镶嵌有各种宝石的金制佛冠是藏传佛教格鲁派始祖宗喀巴所献。佛像的两侧有囚尊神态各异的塑像，据说是受文成公主之命护送佛像入藏的四力士。佛像前千百盏酥油灯高照，虔诚的善男信女向佛顶礼膜拜。释迎牟尼紫金像原供奉在拉萨小昭寺内，后来谣传唐朝要出兵取回佛像，遂藏于大昭寺密室，直到公元710年金成公主进藏，唐著和好，才将佛像供奉在主殿内。殿内二楼供有英姿飒爽的松赞干布像和仪态端庄的文成公主像。在殿堂及四周口廊间绘满各种壁画，内容多为佛典中的掌故和传说。其中的《文成公主进藏图》，讴歌了藏汉民族的深厚友谊，《大昭寺修建图》再现了当年施工的壮丽场景。这些画卷都具有重要的史料价值和艺术价值。大昭寺与布达拉宫和西藏其他许多寺庙一样，成为壁画艺术的室库。
大昭寺内的明代唐片也很存名。藏语“唐片”即卷轴画，用笔绘、刺绣、织锦等方法将各种题材绘在布或绢上。寺内珍藏的“第恰”（胜乐全刚）和“杰吉”（大威德）为藏传佛教格鲁派供奉的密宗三佛像中的两幅，其中另外一幅已下落不明。这两幅五百多年前的刺绣唐片，至今保存完好，色泽艳丽，是难得的艺术珍品。确认达赖为转世灵童的金钵巴瓶，也保存在六昭寺内，为清乾隆皇帝所赐，给大昭寺增添了文物价值。