 后经历了数十次重建或修缮，后存大成殿，面阔五间，进深三间带前廊，占地548平方米，高16米，为重檐歇山顶，其屋檐起翘，极具宋代建筑风格。特别是殿内16根横木，在石墩和大柱之间，垫有一个约30公分厚的鼓形横木，名叫木质，为古代建筑中所罕见。木质可以防潮，保证了大柱干燥不腐，故大成殿中的大柱依然完好无损。
大成殿为殿堂式，居于文庙建筑群中轴线的最南端，坐北朝南，殿顶采用重檐歇山、黄色琉璃瓦，举折明显，翼角起翘平缓，造形舒展大方，古朴庄重，气势恢宏，虽经历代30多次修葺、扩建，始终保持着宋代的建筑风格和部分原始构件，为湖南现存最早的木结构建筑之一。它与岳阳楼并称为“姊妹楼”。
 大成殿前有石砌月台，殿前月台为祭祀歌舞、行礼场所，台前设有七级台阶，台阶中间有浮雕云龙的丹墀御路。
1488年（明弘治元年)8月进行过一次大修，在天花板上绘有一幅“盘龙戏凤”，仍依稀可辨，为文物中的珍品。
岳阳文庙建筑规模的宏大和祭祀设施的齐全，闻名遐迩。从1041年-1048年（北宋庆历年间）到1861年-1875年（清代同治年间）的800多年间，岳阳文庙先后修葺和扩建了30多次。民国以后，文庙建筑拆毁严重，庙内只剩下了大成殿、东西庑房、大成门、棂星门、泮池、状元桥等，这些建筑物的风格为古代建筑中所罕见。此前，它曾经历了一次较大规模的维修，但并未彻底解决屋面漏雨等问题。2003年，岳阳文庙再次落架大修。截至2006年，在保持原始风貌的原则下，对大成殿损坏的构件进行了加固、修复，使屋面漏雨等问题得以解决。同时，对大成殿两侧的东西庑房、名宦祠、乡贤祠进行了复建。
 清顺治、康熙、雍正、乾隆、嘉庆、道光、同治各朝对文庙均有不同程度修葺，文庙规模日臻完善，形成了占地面积达2万多平方米的建筑群。
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