南禅寺大殿位于山西省五台县，同样属于唐代木构遗存。与佛光寺相比，南禅寺更为古朴动人，虽建筑体量稍小，但其建筑的年代要比佛光寺早75年，这座建筑是中国现存最古老的木构建筑。大殿面阔、进深各三间，平面接近正方，殿内无柱，只有12根檐柱与墙面相融。需要指出的是，南禅寺大殿的屋顶坡度，是已知中国木构建筑中最平缓的。
此外，有趣的是，在南禅寺大殿的12根檐柱中，西侧的3根为方柱。有学者根据方柱的风化程度和制作手法判断，方柱的年代比其他圆柱要更久远，可能是南禅寺早期使用方柱，后来经过数次修缮，更换成圆柱。这种方柱与若干秦汉时期建筑遗迹中的方柱基础一脉相承。可见，在唐宋时期乃至更早的年代中，木构建筑并不都采用圆柱。方柱也是常见的样式，而在浙江景宁大漈的宋代木构建筑时思寺中，还可以看到一种方圆之间的变截面的柱式。
南禅寺大殿为中国现存最古老的一座唐代结构建筑，由台基、屋架、屋顶三部分组成，坐北向南，为四合院形成。面阔三间，进深亦为三间，平面近正方形，位于高台座上。单檐歇山灰色筒板瓦屋顶，屋脊两侧装饰有鸱尾，明间为具门钉的双扇板门，左右没有直棂窗，木柱嵌在厚墙内。殿内设有天花板。
大殿周围由12根结实的大柱支撑颠顶，四周檐柱稍内倾，与横梁构成斜角，4个角柱稍高，与斗拱构成“翘起”，使梁、柱、枋的结构更加稳固，其木构件分布非常严谨，没有多余的结构，也不置补间辅作，简洁而意境深远。
大殿内还有唐代彩塑17尊，为建殿时同期塑作，是中国现存寺观彩塑中年代最古老的作品，已经有1200多年的历史。以释迦牟尼为中心，居中端坐，高大端庄，两旁是文殊、普贤二位菩萨，其余为大弟子阿难和迦叶及护法天王等群像，主次分明，错落有致，营造出了佛界肃穆而和谐的良好氛围。这些塑像个个神态自若，表情逼真，若动若静，栩栩如生，而且服饰简洁，衣纹流畅，简练而准确，色调明快，都是艺术精品。
南禅寺大殿形制壮丽，结构简练，完美地将力学与美学进行了有机的结合。
