紫霄宫内主体建筑紫霄大殿，又称“紫霄殿”，为紫霄宫的正殿，是武当山保存下来的唯一的一座重檐歇山式木结构殿堂。建在三层石台基之上，台基前正中及左右侧均有踏道通向大殿的月台。
大殿面阔进深各五间，高18.3米，阔30米，深12米，面积358.8平方米。共有檐柱、金柱36根，排列有序。紫霄大殿上下檐保持明初以前的做法。柱头和斗栱显示明代斗杠的特征。梁架结构用九檀，保持宋辽以来的用材比例。
紫霄大殿内部，金柱斗栱，施井口天花，明间内槽有斗八藻井。大殿正中神龛供奉真武神像，为明代泥塑彩绘贴金，高4.8米，是武当山尚存最大的泥塑像。
这里还供奉着一尊纸糊贴金神像，是我国最早、保存也最完好的纸糊神像，它集聚了我国古代纸糊、雕塑、贴金、彩绘、防腐等工艺的精髓，是一件文物珍品，对研究我国古代纸糊工艺有很高的价值。
明间后部建有刻工精致的石须弥座神龛，其中供玉皇大帝，左右肋侍神像，均出自明人之手。
紫霄殿的屋顶全部盖孔雀蓝琉璃瓦，正脊、垂脊和戗脊等以黄、绿两色为主楼空雕花，装饰丰富多彩华丽，为其他宗教建筑所少见。
紫霄大殿屋脊由6条三彩琉璃飞龙组成，中间有一宝瓶，闪闪发光。因为宝瓶沉重高大，由4根铁索牵制，铁索的另一头系在4个孩童手中。
整座大殿雕梁画栋，富丽堂皇，构思巧妙，造型舒展大方，装修古朴典雅，陈设庄重考究。
朝拜殿位于紫霄宫第三级阶台之上，原是云游道士挂单的地方。相传，在明朝时，香客信士只能在此朝拜真武，只有皇上到武当山祭祀时才能到紫霄大殿，因此称为朝拜殿。紫霄宫朝拜殿还有一个重要的用途，就是道教内部十方丛林道士挂单的地方，所以又叫“十方堂”。十方堂建于1412年。殿堂两侧建有八字墙，墙上饰琼花、珍禽图案，墙下为琉璃须弥座。殿内正中供奉铜铸鎏金真武像。