從龍山寺歷年修建的記錄及正殿前簷柱落款為道光庚寅、辛卯年（道光十年、十一年），木雕為李松林之先祖父李克鳩率領匠師，於道光年間來台施做的作品，另從屋瓦拆卸後所發現「泉城阮協興號」瓦片鈐印，均可證實正殿在道光十一年（一八三一）已做大規模的重修，日後雖經多次的修繕，但仍保有道光時期的建築格局。

龍山寺的正殿面寬五開間，兩旁再以八卦門連接兩廂廊，形成正殿與廂廊之過水廊道，正殿的屋頂為重簷歇山式的建築，殿宇非常的高聳，高度近十二公尺，總計使用五十二根柱子（含拜殿），為台灣傳統建築中使用最多柱子的建築之一。

正殿棟架採三通五瓜木架構，屋頂為「舉架」的結構，屋頂的椽木間有一個夾層，即傳統建築所稱的「假厝」或「暗厝」。龍山寺的屋頂採取傳統的工法，在暗厝屋頂再舖上一層屋瓦及三合土，此工法具有隔熱及防潮的功能。

「暗厝」的功能為有效墊升屋頂，並讓兩端呈現出輕盈的姿態，以減輕高聳屋頂視覺上的壓迫感。所以在正殿內舉頭仰望，看到正脊桁的高度不若屋頂外觀高聳，即因暗厝的設計阻斷視覺，暗厝之上才是最上層的屋脊。民國七十五年修復時，曾將正殿屋頂正脊桁木抽換，換下的正脊桁目前放置於廂廊，供民眾參觀。

正殿前簷柱與角柱（即梢間位置）可發現壽樑的斷面為圓形，在壽樑下方有雀替木作、石柱有榫孔及卍字窗石牆與柱珠砌合的方式，顯示在正殿興建時，其建築應為四面走馬廊的形式，稱為「副階周匝」。 何時將四面走馬廊改成現況，並未有明確的記載，但從耆老李棟樑訪談得知，昭和十一年（一九三六）老先生來龍山寺修護時已有山牆的存在，四面走馬廊較有可能於咸豐年間的重修即改成目前的現況。龍山寺正殿兩旁的山牆其內部的磚塊尺寸，則為日治時期的紅磚，從建材的使用可得知，日治時期兩旁的山牆曾重新砌造。

昭和十年（一九三五）中部發生地震，龍山寺建築物受損，昭和十一年至十三年由地方信士募資重修。龍山寺的正殿有二根木柱，以偷樑換柱的方式更換成水泥柱，並以鐵軌（輕便鐵軌）當結構構件，包覆於水泥柱中，此次的重修（九二一地震後的重修），將敲除水泥柱更換成福州杉的構件。