铜陵关帝庙建筑面积680平方米，有门楼、前殿（拜庭）、大院回廊、大殿及花园等。主座面阔三间，进深六间；抬梁式木构架，悬山顶。整座殿宇飞檐斗拱、雕梁画栋，金木雕、石雕琳琅满目，金碧辉煌。殿顶琉璃铺瓦，庙脊彩瓷剪贴，一饰“双龙戏珠”，一饰“丹凤朝阳”，其余花鸟鱼兽千姿百态，流光溢彩。
    　门楼为华表楼亭式古艺术建筑，俗称“太子亭”，由六根圆形石柱并二根石梁承托数百香木斗拱构就。每拱一斗九升，叠彩垒金而上。楼亭顶端饰彩瓷剪贴“八仙过海”、“八兽图”及唐宋帝王将相造型塑像120尊。华表石柱刻“大明正德吴子约敬送”。横梁正面刻“嘉靖壬寅五月吉日前都劝缘子孙重修”。飞檐下前额竖一方镂花鎏金匾，上镌“武圣殿”；后额亦竖一方镂花鎏金匾，上镌明万历年间铜山进士文三俊敬题的《关帝圣君赞》。“太子亭”建筑艺术高超，巍峨壮观，精美绝伦，历数百年台风、地震而安然无恙。
    　前殿经前院登石级而上。门额嵌“山西神圣”石匾。有石刻门联：“山岛雾收舒正气，海门日出照精忠”。中门两旁立雕花石鼓，安放雕龙镂凤鎏金皇档。从两侧边门而进前殿拜庭。庭廊上方悬挂清乾隆年间，嘉勇候福康安敬奉的关帝颂文匾。两侧嵌墙柱联为：“入圣门总要请祈休咎，登帝殿便知明断是非”。拜庭中置有台胞敬送的青石祀案和铜铸双龙大香炉等，香烟缭绕，祀火明盛。
    　大院回廊左右分别附祀马良、廖化二公并护马二将，立有造型塑像。廊沿各立两对精巧典雅的浮雕龙凤石柱。左墙竖有一方《关永茂碑记》，刻载东山百姓“共尊关帝圣君为祖”，立“关永茂”为户名，终于康熙五十六年（1717）正式入登清朝户籍一事。右墙亦竖一列石碑，系同治九年（1870）《重修武庙碑记》，刻载海内外含台湾安平、鹿港、澎湖等地，土庶商绅及各界信众捐资重修关帝圣庙的芳名与金额。右廊边门通达花园，园中有妙石、古榕，植花种卉，并筑水池假山，幽雅清静。
    　大殿丹墀之下镶一石陛，浮雕一龙，鳞角峥嵘，腾云凌空，工艺精奇，为世之所珍。殿前廊柱刻联：“德配文宣垂千古，功高武穆冠千秋”；“天地间完人第一，古今际正气独尊”。大殿正面隔屏与嵌墙计有六根青石角柱，分别刻联：“肝胆在中结得君臣兄弟，尊亲无以同兹日月山河”；“情同骨肉兄及弟，义薄云天君与臣”；“尼山未见之刚者，邹峄难言此浩然”。
    　大殿正中供奉关帝圣君——三国名将关羽金身神像。神位之前两边奉立随关帝于麦城尽忠的周仓、关平、赵累、王甫四将雕像。上悬清咸丰皇帝御笔“万世人极”鎏金大匾，左右悬挂黄道周亲书楹联：“数定三分扶炎汉平吴削魏辛苦倍常未了一生事业；志存一统佐熙明降魔伏虏威灵丕振只完当日精忠”。殿内另有柱匾刻写长联：“冈势奠龙蟠水秀山明观雉堞日升烂漫丹霞照万古精忠百代仁风贤圣里，屿形呈虎踞地灵人杰仰猊炉香　氤氲青霭塞两间正气千秋祀典帝王宫”（里人陈秋顺撰，台胞蔡宜成敬奉）。
    　大殿右侧另辟一神位，奉祀周仓。相传南宋朝廷沦于粤海崖山之后，丞相陆秀夫魂游东山，见岛上建成关公庙，便投灵于关公神像。继之宋帝　亦魂游到此意欲投灵，无奈陆秀夫已先入为主，宋帝　只得降尊为臣附灵于周仓神像。臣主君次，平起平坐，独开古今庙祀君臣易位共享香火之别例。周仓神位额匾为：“在帝左右”，匾联为：“气吞吴魏刚强风节凛冰霜，义佐关刘彪炳事功昭日月”。
    　大殿左畔有一龟趺，上竖明正德年间住持僧月堂和尚所立《鼎建铜城关王庙记》碑。旁置清代所铸铜钟一口，高1.2米，底周长2.15米，其音宏亮，响遏行云。
    　此外，大殿内挂有历年来东山去台同胞返乡朝圣奉送的“忠义千秋”、“圣德流芳”等多方颂匾。

铜陵关帝庙圣灵显赫，四海皆崇。明永历三年（1648），延平郡王郑成功率领大队舟师据守东山，即到关庙进香，祈求关帝匡扶反清复明大业；据传关帝感其虔意，佑其百战不伤，直至逐走荷夷，收复了台湾。清康熙二十二年（1683），福建水师提督施琅奉命征台屯兵东山，其军士夜宿关庙，梦见关帝显灵，于空中疾呼“选大纛五十杆，助施将军破贼”。施琅晋谒圣灵祈求灵签赐佑，果然出师告捷，顺利攻克澎湖，使台湾归于一统。乾隆五十二年（1787），钦差陕甘总督嘉勇侯福康安进兵台湾平林爽文起事，屯驻东山，亦到关帝庙请祈灵签，得圣示平台告捷，班师回京时再到东山叩谢圣恩，并奉题了颂文匾。又传咸丰年间，皇太后寿诞庆典，有一番邦贡船进京祝寿途泊东山，恰铜陵关帝入夜巡海，发现番人暗藏炸药于寿烛欲谋大祸，遂驰灵入京托告咸丰皇帝，远移番贡于宫外点爆，避免了一场国难。为此，咸丰皇帝御书“万世人极”鎏金大匾，钦差特使驰挂东山铜陵关帝庙，以表彰关帝正气英风。东山关帝驱魔灭怪、禳灾祛祸，斩邪除恶、护国庇民的圣绩广于民间世代流传。故东山铜陵关帝庙与山西解州关帝庙、湖北当阳关帝庙、河南洛阳关帝庙一并被尊为全国四大关庙。
    　自古以来，东山百姓奉铜陵关帝庙为圣庙祖庙，称关帝为“帝祖”，都认自己为关帝裔孙，对关帝至崇至敬无以复加。这主要缘于《关永茂碑记》所载之事。明末清初，东山一直是郑成功及其子郑经据守的南明辖地，清廷敌视东山岛民为“逆”。康熙三年，清兵攻入东山，杀一万余人，逼逐三万余人“迁界”入内地，直至康熙十九年“复界”，百姓归来者十仅二三。康熙二十二年（1683），退据台湾的明郑政权归顺清廷以后，清廷仍长期不予东山百姓入归户籍正册。相传为了此事，关帝显圣涉海入内地与府县辩诉，并托梦于岛上各姓族长到庙会商，恩允全岛百姓为其后嗣裔孙，“分为七房”，“叔伯甥舅彼此手足”，共立“关永茂”为户主姓名，重新呈请入籍。东山百姓终于康熙五十六年（1717）被批准入登正册，成为“有籍之人”，减轻了税赋徭役。因此，从入籍之日起，东山百姓家家户户悬挂关帝神像，敬奉“帝祖”，世设家祭，每日晨昏焚香礼拜，并于每年五月十三、六月廿四日晋庙谒祖，举行隆重祀典，搬演连棚大戏祝嘏，此一礼俗至今不改。
    　早在明清时期， 铜陵关帝庙的香火便衍播于澎湖、台湾，成为全台澎众多关帝宫庙的香缘祖庙。
    东山自明嘉靖年间即有人出戍澎湖，天启年间成批族人逃荒入台谋生。崇祯元年为大旱所逼，大批村社乡亲接踵入台垦田开居，自然将至崇至敬的关公的香火带入台湾建堂庙奉祀。万历年间，泉州一商船停泊于铜山港，陈姓船主到关帝庙分香至船中奉祀，后到台湾凤山（今高雄）定居，鸠工兴建文衡殿。清康熙三年(1664），郑经从铜山接明宁靖王朱术桂东渡入台，特于台南靖王府中建造仿自铜陵祖庭的关帝庙，称“祀典武庙”。此后该庙几经拓建而成全台最大规模的武庙，旧宇至今仍存。
    　康熙二十三年（1684）统一台湾后，调戍台澎的铜山班兵又把关帝香火带到澎湖，并建铜山伙馆设坛奉祀，后铜山伙馆改建为铜陵关帝庙。清康熙五十二年（1713），出任台湾守备的东山人游崇功，特从铜陵关帝庙分灵，奉迎一尊关帝神像到诸罗县东北隅（今嘉义）建庙奉祀。嘉庆年间，平和人林枫因进京诉讼，搭船入铜山，闻关帝威灵显赫，进庙恳求庇佑，进京后如愿胜诉。归途特从铜陵关帝庙分灵回乡，塑关帝金身供祀。后此尊关帝随林姓后人渡海去台，入噶玛兰建庙奉祀；咸丰十七年（1868）奏请敕建，取名协天庙（即今宜兰礁溪协天庙）。此后，关帝香火渐次衍播台湾全岛。
    　民国二十二年（1933），东山康美村林进金叔侄三人应请入台，按照东山铜陵关帝庙的样式建造了澎湖、赤嵌、小卷、台北等关帝宫庙。
    　现台湾南部以高雄文衡殿为主庙，北部以宜兰礁溪协天庙为主庙，全台澎以台南市的祀典武庙为中心，“南文北协”领衔，全岛关帝宫庙灿若群星，大小共有950余座，其中大部份香火均源承于东山，祭典礼仪多按东山古例进行。
    　海峡两岸对峙分隔近四十年。1988年8月，高雄市文衡殿信众数十人率先涉海抵东山铜陵关帝庙朝谒祖庙进香，敬献“追源谒祖”匾额。此后，台湾各关帝宫庙纷纷组团到东山隆祀关帝。至2001年，台湾台北、台中、台南、高雄、宜兰、桃园、屏东、花莲、台东、基隆、澎湖等20多个县市二百多座关帝庙数万信众，分别先后前来东山铜陵关帝庙朝圣谒祖、挂香、祝嘏。东山先后举行了1至9届关帝文化节，台湾各大关庙均派团参加。
    　1991年4月，宜兰礁溪协天庙组织400余人的晋香团到东山朝圣谒祖，并迎奉关夫人神像入台奉祀，为历代大陆关夫人神像入台第一例。
    　1995年元月6日，台湾基隆普化警善堂、基隆区渔会与拖网协会组成朝圣团抵东山关帝庙，并派“源丰”十一号渔船迎奉“关圣帝君”神像赴台湾参加四百年来首次的“七朝清醮道教大典”，同时出巡台湾全境。一并渡海赴台巡境的还有东山铜陵天后宫的“注生娘娘”和“延寿娘娘”神像。台湾朝野上下举行空前的“接驾”活动，岛内数十万信徒争相膜拜，全岛轰动。东山关帝巡台为两岸分隔四十多年大陆神像跨海出访之首举，为两岸直航开了先例。
    　1997年元月，东山铜陵关帝庙亦组团赴台访问，与台湾各主要关帝庙宇会香结缘，进一步弘扬了中华关帝文化，密切了两岸关系。
此外，东山铜陵关帝庙的香火亦于明清时期远播于东南亚。明嘉靖年间，即有海商从东山奉请关帝圣灵至印尼，于泗水港道乾街建关帝庙祀之。清光绪年间，东山旅居新加坡的侨胞合议回梓奉请关帝圣君及周仓、关平神像，乘永合华帆船渡洋入祀星洲，并于每年关帝圣诞日按东山古例举行隆重祀典。东山的海外侨胞，每番回梓观光省亲，必到铜陵关帝庙谒祖朝圣，备表爱国爱乡赤子情怀。