大成殿是南京夫子庙主体建筑，也是祭祀孔子的圣殿。大成殿在唐代时称“文宣王殿”，北宋崇宁三年（1104年）宋徽宗皇帝为颂扬孔子思想之博大精深，集古今之大成，下诏更名为“大成殿”。
殿前露台正中央一尊孔子青铜像，高4.18米，重2.5吨，是目前全国最大的孔子青铜像。民间有许多关于这尊孔子青铜像的传说，如“摸孔子的左脚上清华，摸孔子右脚上北大，摸摸衣服，考上哈佛”等，孔子铜像的双脚已经被游客们摸的锃亮。
南京夫子庙大成殿的建筑规制，也是沿用古时皇帝特批的 “九五”之尊的建筑规格。大成殿面阔五间，东西两庑面阔九间。
南京夫子庙大成殿为重檐歇山顶，屋面盖青色小瓦，轻秀随和；屋脊的双龙戏珠立雕，号称“江南第一龙”，这种风格的建筑在全国为首创，造型精美。“大成殿”三个金色大字是清朝雍正皇帝御笔题写的。大殿左右两侧悬挂着巨幅楹联“删述六经，垂宪万世；德侔天地，道贯古今”，对孔子的一生作了精辟的概括。整座建筑重檐飞翘，斗拱交错，气势雄伟。
殿中央陈列有巨幅孔子画像，高6.5米，宽3.15米，由现代著名画家王宏喜，参照唐代被称为“丹青第一高手”的著名画家吴道子所画的孔子像绘制而成，是全国最大的孔子画像。画中的孔子，一身布衣，两手上下叠置交错在一起，似乎在欣喜地聆听着什么，又想和您细细地长谈什么。
画像两侧是当代著名书法家尉天池书写的乾隆皇帝撰书的楹联“气备四时，与天地鬼神日月合其德；教垂万世，继尧舜禹汤文武作之师”。上联的意思是说，孔子具备四时之气，能够与天、地、日、月、鬼、神相配，歌颂了孔子的盖世之德；下联的意思是说，孔子的文行忠信教化之初，可与尧、舜、禹、汤、文、武并列，是继圣君之后又一位大师。
殿内正中间摆放“至圣先师孔子神位”牌，供人敬仰和尊拜。在孔子神位牌两侧供奉有“四亚圣”，东侧为颜回、曾参，西侧为孔伋、孟轲的汉白玉雕像。
颜回，是孔子最得意的弟子，被列为孔子弟子中“德行”第一，七十二贤之首。他提出“克己复礼为仁。一日克已复礼，天下归仁焉”的思想，被尊称为“复圣”。曾参，十六岁拜孔子为师，是孔子学说的主要传道人之一，《四书》中的《大学》一书的作者，也是《论语》一书的主要编著者，后被封为“宗圣”；孔伋，孔子的孙子，著有《中庸》一书，后被封为“述圣”的尊号；孟轲，即孟子，提出《仁政》学说，倡导“以德服人”，提出“得道者多助，失道者寡助”的重要思想。后人也把孔子、孟子代表的儒家思想称为孔孟之道，后被封为“亚圣”的尊号。同时，“孟母三迁”的经典故事也是在中国家喻户晓、千古传颂。
大殿上方有八位清朝皇帝和原中华民国总统黎元洪题赠的匾额。它们分别是康熙帝的“万世师表”、雍正帝的“生民未有”、乾隆帝的“与天地参”、嘉庆帝的“圣集大成”、道光帝的“圣协时中”、咸丰帝的“德齐帱载”、同治帝的“圣神天纵”、光绪帝的“斯文在兹”，以及原中华民国总统黎元洪“洽道大同”。
匾额印证了历朝历代皇帝尊崇膜拜孔子的历史。御匾“万世师表”，是由清康熙皇帝（1686年）御笔题写。整个匾雕龙贴金，十分气质。“万世师表”的意思是孔子和他的道德学问是我们千秋万世的老师和表率。
左边的一块御匾“与天地参”是由清乾隆皇帝（1738年）御笔题写，“与天地参”的意思是孔子创立的儒家思想是“天道”、“地道”、“天人合一”的本源。
右边一侧的御匾“斯文在兹”是由清光绪皇帝（1881年）御笔题写，“斯文在兹”的意思是世间所有的文化，来源于儒家思想创始人孔子。
在祭祀区，还摆放了用于祭孔乐舞中的古乐器，有编钟、编磬、琴瑟等祭祀用品。
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