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大成殿供奉至聖先師孔子及四配、十二哲的神牌位。配祀復聖顏子、述聖子思子神龕，東哲祠先賢閔子、冉子雍、端木子、仲子、卜子、有子神位。西配祀宗聖曾子、亞聖孟子神龕牌位，西哲祀先賢冉子耕、宰子、冉子求、言子、顓孫子、朱子神位。左右隅為禮樂台，以及正面御路台階，均繞以勾欄抱鼓，美侖美奐，氣宇壯嚴，肅穆雄渾。孟子曾說孔子「集古聖先賢之大成」，這就是殿名的來源。

大成殿屋頂屬於歇山重簷式，即四面都有屋領，同時上下有兩層簷，殿身四周圍繞柱廊，使得大殿更顯書展而莊嚴。大成殿平面為長方形，面寬五間，立於露台之上，下面及兩側梢間周繞以簷柱。露台石階前有刻有雲龍之御路石；而露台梯級九階，兩側勾欄柱頭飾以石獅。台基邊堵的砌磚花紋則是彰化孔子廟建築的一個特色：在角隅側是採「萬字盤長」，在中堵則採香爐圖案，皆是運用凹凸砌法的裝飾，在凹處填上石灰，以襯出紅磚圖案。正脊上飾以雙龍護塔；在垂脊與戧脊上則有「鴟梟」泥塑，面皆朝向燕尾翹脊處。簷廊中央一對門柱為道光十年（1830年）增立之白石蟠龍柱，簡潔雄渾；其餘簷柱為方形及角隅之八角石柱。