玄帝廟坐北朝南，整體布局古樸莊嚴，建築主次分明，沿中軸線自南至北依次為山門、香亭、玄武殿、聖公聖母祠四座建築，屬典型明代建築。
山門面寬三間，進深五架，單檐懸山頂。前檐四檐柱承托大圓木額枋，其上有鬥栱七攢，為三踩單下昂，螞蚱頭。後檐鬥栱為三踩單翹，螞蚱頭。三架梁上立脊瓜柱承托脊檁，柱腳施角背，兩側戧叉手。梁枋上有萬歷二十三年(1595年)重修題記。
香亭二層三重檐，面寬三間，進深五架。二層周有回廊。壹層檐下和二層下檐只有柱頭科，為三踩單翹鬥栱。二層上檐明間有平身科壹攢，為三踩單昂。亭內四角施抹角梁承托角梁和三架梁。脊枋上有明萬歷三十二年(1603年)重修題記。
玄武殿面寬五間，進深五架，重檐歇山頂，四周回廊。下檐前檐柱頭施三踩單昂鬥栱。平身科明間壹攢，三踩單昂，出45°斜昂，次間以寶瓶木雕裝飾，稍間素枋。下檐的後檐、山面和上檐僅在柱頭施三踩單翹鬥栱。
聖公聖母祠面寬五間，進深六架，單檐懸山頂。前檐柱頭科施三踩單昂。平身科逐間壹攢，唯明間出45°斜昂與龍頭。後檐鬥栱形制與前檐基本相同，僅明間平身科不出斜昂和龍頭。廟內現存古建築均使用精美的琉璃屋脊，部分建築屋面局部塌損。
玄帝廟最大的特點是所有建築屋面均為琉璃覆頂，故又稱“琉璃廟”。玄帝廟的琉璃筒瓦、琉璃板瓦、琉璃龍頭、琉璃脊獸，色澤以綠、藍為主，雕飾造型別致，圖案內容豐富，雖歷經數百年滄桑仍色澤鮮艷、釉面光滑，實屬上乘之作，對研究明清時期河津乃至全國的琉璃燒制技術，都具有十分重要科學價值。
新中國成立後，玄帝廟劃歸糧食部門做貯糧辦公使用。2014年文物部門爭取國家專項資金500余萬元，對玄帝廟進行了全面保護修繕，使這壹民間國寶重現昔日風釆。