大殿坐北朝南，居高临下，面临婺江。殿面阔三间，通面阔和通进深都是12.72米，平面呈正方形，十分符合宋、元时期小型佛殿建筑平面布局的特点；单檐歇山顶，有十六根立柱；纵横都分都作三间，当心间为6.16米，与两个次间的比例接近二比一；梁架的结构介于厅堂与殿堂之间，采用抬梁式结构，彻上露明造，全部以梁栿拼合而成，充分利用了小型木材，以小拼大，这种方法在中国现存的早期古代建筑中十分罕见。大殿的斗拱，外檐的斗拱，明间用三朵，次间用一朵，都是六铺作单抄、单下昂、单拱、素枋偷心造式的，里跳用上昂，上承第一跳的下昂后尾，既节省了大量的木材，又方便施工。这种上昂作法虽然在文献中有记载，但在中国现存的古建筑中发现的实例却不多，因而显得十分珍贵。天宁寺大殿属中国古代佛教寺院建筑，是中国南方现存“官式”作法的元代木结构建筑之一，梁架结构上较多地保存了宋代建筑的风格和特点。1979年和1984年国家拨款进行了修缮。

寺己全毁，只在山坡上留一座大殿，虽然是元代重修的，但重用了旧存的构件，所以有的柱子都有千年之久了，所以虽是空空一间屋子，也是全国文保单位。旁边还有一座一览亭，也是市级文保。