殿楼的分布都对称中有变化，分散中有联络，曲折回环，虚实相生，小巧玲珑，空间丰富，层次多变，小中见大，不觉为弹丸之地，布局紧凑，错落相依，其布局既不同于平川寺院的中轴突出，左右对称，也不同于山地宫观依山势逐步升高的格局，均依崖壁凹凸，审形度势，顺其自然，凌空而构，看上去，层叠错落，变化微妙，使形体的组合和空间对比达到了井然有序的艺术效果。
远望悬空寺，像一幅玲珑剔透的浮雕，镶嵌在万仞峭壁间，近看悬空寺，大有凌空欲飞之势。登临悬空寺，攀悬梯，跨飞栈，穿石窟，钻天窗，走屋脊，步曲廊，几经周折，忽上忽下，左右回旋，仰视 一线青天，俯首而视，峡水长流，叮咚成曲，如置身于九天宫阙，犹如腾云皈梦。
悬空寺不仅外貌惊险，奇特、壮观，建筑构造也颇具特色，形式丰富多彩，屋檐有单檐、重檐、三层檐，结构有抬梁结构、平顶结构、斗拱结构，屋顶有正脊、垂脊、戗脊、平脊。总体外观，巧构宏制，重重叠叠，造成一种窟中有楼，楼中有穴，半壁楼殿半壁窟，窟连殿，殿连楼的独特风格，它既融合了中国园林建筑艺术，又不失中国传统建筑的格局。悬空寺内保存的各种铜铸、铁铸、泥塑，石刻造像中，不少风格，体例具有早时期的特点，是具有较高艺术价值的珍品。
悬空寺发扬了中国的建筑传统和建筑风格，其建筑特色可以概括为“奇、悬、巧”三个字。
值得称“奇”的是，建寺设计与选址，悬空寺处于深山峡谷的一个小盆地内全身悬挂于石崖中间，石崖顶峰突出部分好像一把伞，使古寺免受雨水冲刷。山下的洪水泛滥时，也免于被淹。四周的大山也减少了阳光的照射时间。优越的地理位置是悬空寺能完好保存的重要原因之一。
“悬”是悬空寺的另一特色，全寺共有殿阁40间，表面看上去支撑它们的是十几根碗口粗的木柱，其实有的木柱根本不受力，所以有人用“悬空寺，半天高，三根马尾空中吊”来形容悬空寺。而真正的重心撑在坚硬岩石里，利用力学原理半插飞梁为基。
悬空寺的“巧”体现在建寺时因地制宜，充分利用峭壁的自然状态布置和建造寺庙各部分建筑，将一般寺庙平面建筑的布局、形制等建造在立体的空间中，山门、钟鼓楼、大殿、配殿等都有，设计非常精巧。寺内有佛像八十多尊。
南楼内高三层，长约8米，宽约4米，有纯阳宫、三官殿、三教殿和雷音殿。纯阳宫也称吕祖庙，主要供奉的是道教八仙之一的吕洞宾；三官殿是悬空寺整个建筑中面积最大的一个殿，殿内塑像为明代的泥塑珍品；三官指赐福于人的天官，赦罪于人的地官，为民解厄的水官。泥塑最高约2米，是悬空寺最大的塑像，下面左右均为侍女和老少臣子，天蓬元帅，龟蛇二将。雷音殿是佛教殿堂，位于南楼最高处，佛教认为佛祖释迦牟尼弘扬佛法时，声音如雷鸣般响亮，所以称雷音殿。
北楼高三层，长约为7米，宽约为4米，分别为五佛殿、观音殿、三教殿。五佛殿位于最底层，供奉五方佛而得名。观音殿在楼中层；三教殿是体现“三教合一”的典型殿阁，位于悬空寺第三部分的最上层。三位教主共聚一堂，中间为佛教创始人释迦牟尼，左边为儒家创始人孔子，右边为道家鼻祖老子，三教供于一殿，在全国各地寺庙建筑中极为罕见。悬空寺的建筑集中体现了中华民族民族共融，世界大同的崇高境界。
长线桥位于南楼和北楼之间，长约10米，桥上建楼，楼内建殿，殿内供佛 。长线桥将佛庙、楼宇等景观结合在一起，形成了奇幻、奇险、奇巧的景观。
悬空寺，不仅以建筑的惊险奇巧着称于世，而且独特的“三教合一”宗教文化内涵同样精彩纷呈，以巧妙的多元宗教文化内容，在作为边塞民族融合之地，和历代战争此起彼伏的金戈铁马格局中，竟然得以1500多年保存完好，未受损害，堪称奇迹中的奇迹。正因为悬空寺三教合一，历代统治者都对其进行了保护。在悬空寺千手观音殿下的石壁上，嵌着两块金代的石碑，距今已800多年历史。碑文中赞颂了三教创始人各自不同的出身和伟大的业绩。后人据此碑认为，悬空寺是从金代开始由单一的佛陀世界变成了三教合一的寺庙。更有一些基督教学者认为，悬空寺第十三室内，二尊北魏太武帝复兴道教前的佛像，即法身佛和如来佛，其实是天主教的，分别表示天主的人性权能和主会再来尘世。可以说，悬空寺给人们透露的最重要的信息，就是各种宗教之间相互融合其实早在北朝时期，也就是悬空寺的始建时期就已经开始了。对