推开庙门，进入堂内，是三间高敞幽深的殿堂，堂前有两根巨大的方柱直撑庙顶，另有两根巨柱，支樘着正面浮雕佛像下的莲花宝座，初来乍到的人们，见如此高大的届堂，竟由两要方柱支撑，觉得十分稀奇，其实另有几根方柱嵌在庙堂的墙壁内看不见罢了。
在庙堂正上方的岩壁上，浮雕有九尊巨幅佛像。佛像由两只背向伏卧的雪狮驮着，呈莲花宝座状。宝座又由两根粗大的木柱相支撑。莲花座正中，是一尊高约7.3米的主佛像，佛像头戴朝冠，两耳佩有垂至两腮的金环，身着唐代盛装，双手自然交叉，垂放腹前，双腿盘坐，佛面五官端正、眉目清秀、双目正视，显得神态端庄稳重，性情娴静慈祥。主佛像头顶上方刻有梵文六字真言，头顶后部嵌有象征“光明普照、佛慧无量”的五彩光环。在主佛像的两侧，各有四尊高约４米的待者，佛像立在小莲花座上。这八尊待者佛像，个个手持宝物，有的手拿莲花，有的手持金刚杵，有的手捧牡丹，有的手托宝瓶，有的手端如意宝食碗，有的手握七星上方剑，姿态各异，表象逼真，栩栩如生。在主佛与待佛之间，排列对称协调、整齐有序，尊卑分明，生动地表现了古代那种主仆之间、师徒之间鲜明的尊卑关系和等级关系，但也不过分降低佛门弟子的身份。整组浮雕佛像，依山就势，安排巧妙，布局合理，构图新颖；人物造刑大方、体态丰满、容貌秀美，形神兼备，立体感很强，加之堂内光线暗淡，香烟袅袅，猛看上去，给人一种飘飘欲落之感。佛像两边，从上至下雕有三尺宽的藏式花边图案，与佛像群浑为一体，整个浮雕充分显示了古代高超的雕刻艺术水平。
此外，庙堂内东西墙壁上有两组大型壁画，画面内容主要是当时文成公主进藏路过白纳沟时，当地藏族头人和群众如何隆欢迎的动人情景。
文成公主远嫁吐蕃时，白纳沟是她途中停留时间最长的地方，她曾亲自制定佛像的尺寸、格局和图案，率工匠、世人在沟内的悬崖峭壁上浮雕凿刻了各种佛像、大小佛塔和重要经文等数十处。庙宇内的九尊佛像据说就是当时遗留下的古迹。当时，文成公主还亲笔在佛像右侧的岩石壁上，用汉字楷写了１６行颂词，古藏文的发明者吞米桑布扎在左侧写了１８行“尕恰”（即说明），可惜这些珍贵的汉藏刻文手迹，大都被风雨剥蚀得残缺不全，难以辨认了。公主还给当地藏族同胞传授了开荒种田、织布、酿酒、歌舞等技艺。
据考证，文成公主庙是金城公主重新修建的。公元710年，唐中宗景龙四年，唐蕃第二次联姻，金城公主嫁藏王赤德祖赞。途经此地时，见这寄托文成公主心愿，精心雕刻的佛像受到风雨剥蚀，乃令侍从工匠和当地匠人一起修盖庙宇，并对佛像进行加工粉饰，赐名为“文成公主庙”。踏进庙门，走廊左侧是手持刀械，面容威严的武士，右侧是身空武功服，头戴八角帽的骑虎壮士，映壁小墙则是飘然欲飞的骑鹤仙子。一座外表三层实为一层藏式建筑，底层大门幽谧古雅，中层窗棂交错典朴，顶层则收进庙墙，直抵岩石，并一排六扇天窗。殿内三间经堂，高敞幽深，堂前两根一尺见方的木柱直撑庙顶，另有两根木柱支撑着正面主佛像下的莲花宝座。而另外几根主柱却都镶嵌在庙墙之内。这些建筑既有藏传佛教寺院的神韵，又有唐朝宫庭的风格，实为古代藏汉建筑艺术之精华。
