鉴真纪念堂正殿是仿照日本的唐招提寺金堂设计而成。由于寺院的场地限制，梁思成将纪念堂形制面阔七间改为五间，进深调整为三间，形成一个仿唐风格的小四合院，单檐庑殿顶、腰鼓柱、方棂窗，屋顶正脊两端则采用唐朝鸱尾造型。整体风格既秉承了中国盛唐时建筑式样，又糅合了日本当时的建筑特点，体现出中日文化的相互交融。

殿内正中为鉴真坐像，是仿其圆寂后塑造的干漆夹纻像制作而成。坐像结跏趺坐，合闭双眼，神态安详而坚毅。四周悬挂四幅绢本壁画，分别为西安大雁塔、肇庆七星岩、日本九州秋妻屋浦（鉴真到达日本的登陆地）和奈良唐招提寺金堂，以展示鉴真曾经活动过的地方。纪念堂前的石灯笼，是1980年鉴真坐像回国“探亲”时，奈良唐招提寺长老森本孝顺所赠送的，其还亲手点燃了长明灯。据说，这个石灯笼与日本唐招提寺内鉴真墓旁的石灯笼是一对，两处石灯笼内的烛火长明不灭，以象征两国“友谊”天长地久、生生不息。