凌霄寶殿位在關渡宮正殿之後,是整個關渡宮最高大、宏偉的建築。殿堂底下為一寬大的高樓,頂端主殿位居中央,左右兩側有鐘鼓樓。主殿的造型特殊,是在一座正四垂八翹頂上再疊上一座正四垂頂,上下三層屋簷,四周共十二座串角脊,串角脊由下而上分別是海龍王騎龍、仙女騎鳳、童子騎鰲魚。龍的體型最大,放在最下層屋簷,鳳的體型稍小,放中層屋簷,鰲魚的體型最小,放在最高層。裝飾量體往上層層縮減,形成穩定的視覺效果。

  主殿頂端最高的一座大脊,中央為八仙慶壽,脊頂中央為天官賜福,兩側作翻身龍,龍身上各坐一名武將,手持旗、球和戟、磬,象徵「祈求吉慶」。翻身龍旁還做出松鶴延年。燕尾翹脊下方印斗做持劍武將。

  凌霄寶殿背面正對著靈山公園的緩坡,從坡上看凌霄寶殿,也非常高聳壯觀。寶殿背牆上有一面以福祿壽三星為主題的壁塑裝飾。這片牆是台灣罕見的大型堆花壁塑。壁塑橫跨於靈山公園正前方,是關渡宮後山一處重要而有特色的景觀。關渡宮凌霄寶殿背牆這堵泥塑的製作時間為1987年,距今已有二十八年之久。全幅共有十六尊泥塑人物,包括主尊三星、侍女、童子等配角,以及豐富的造景,非常熱鬧。所有人物站立在一座平台上,背後搭配優美的山水建築造景,形成富透視感的構圖。這些造景有遠景、中景、近景之分,遠景以彩繪繪出,越向遠方顏色越淡;中景以淺浮雕製作,近景則以更具立體感的浮雕製作,如左側的松樹和右側的建築。如此層層凸顯,並與立體感較強的人物形成對比,表現出畫面深度。