大钟殿是一座上圆下方的木结构大殿，设计非常巧妙，既能和大钟声共鸣，又便于登楼观看大钟。上层为圆形攒尖顶，殿门额上有“华严觉海”题字。殿内建有八角形巨大木框架，由8根粗大的方木支撑，方木向内稍倾，木框上架方梁，永乐大钟就挂在这根方梁上。框架上层与殿壁之间有环绕全殿的围廊，围廊高8米，有旋梯可登，在廊上可以看到巨钟的顶部。大钟楼由青石砌成的台基上有八角形散音池，池直径4米，深70厘米，既可以在钟响时起共鸣作用，又利于参观者观察大钟内部。
大钟寺的永乐大钟是明朝第三个皇帝明成祖朱棣下令建造的。钟高6.75米，直径3.3米；钟唇厚18.5厘米，重4650公斤，为明王朝京师之镇物。这座大钟有5绝：一是在世界大钟之林中，铸造年代久远，历史内涵丰富；二是钟身内外整齐地铸有汉文、梵文书写的佛教经咒100多种，总计23万多字，是世界上铭文字数最多的一口大钟；三是钟声悠扬悦耳，可传四、五十公里远，其声学特性，堪称世界大钟之最；四是大钟力学结构高超，靠一根长1米、高14厘米、宽6.5百米的穿钉把大钟悬挂几百年而安然无羌；五是大钟铸造精美，用我国传统铸造工艺一铸而成，技艺高超，炉火纯青。
大钟寺已被辟为古钟博物馆，有600多口古钟在此陈列，形成一片钟林，其中有原始社会末期的陶钟。在部分是明、清时期的古钟，也有少量宋、元时期的。原北京钟楼里报时用的大铁钟也在此陈列。
在大钟楼的左侧有闻钟阁，阁内架上有一套佛山编钟，用木槌敲打，可奏乐曲，悠扬悦耳。 在钟林里还有一口已有4千多年历史的陶钟，也有民国时期的警钟，以及文物“龙洗”等。博物馆内还有“古钟制造工艺陈列”和“古钟简史陈列”两个展览室，游人既可欣赏群钟的雄姿，也可获取许多有关钟的知识和趣闻。
大钟寺于1957年公布为北京市第一批重点文物保护单位，又于1987年被评为新北京十六景，景名为“大钟声远”。