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正殿為重簷歇山式的建築，殿宇面寬為三開間的格局，昭和二年（1927年）天后宮修建時，由正殿開始施做，當時正殿的大木匠師為海同師（吳海同），其木結構與彰化南瑤宮相似，但後來正殿的工程因故由樹發師（王樹發）組立完成，鑿花匠師則有來自泉州、潮州的工匠及鹿港的雕刻師傅共同施做。 |
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昭和八年（1933年）鹿港實行市區改正，日本人將不見天街拆除，鹿港城隍廟前殿亦遭拆除，當時城隍廟的管理人施性瑟將部分的木雕材料移至天后宮兩廊使用，目前兩廊的木雕作品明顯與三川殿的風格不同。兩廊為天后宮的鐘鼓樓，每逢迎神賽會即鳴鐘敲鼓，以示歡迎。位於龍邊廊道有一塊「鹿溪聖母宮重修碑記」，碑文述說嘉慶二十年（1815年）的重修始末，是天后宮重要的文獻史料。 |
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正殿中間的御路石雕刻有牡丹鳳的裝飾，兩側露階欄杆有蓮花的造型，皆為青斗石材質。正殿挑高的空間與燻黑的木雕與神像，裊裊香煙中更顯加莊嚴。在正殿前步口的位置，有一捲棚造型的木架構建築，做為拜殿的空間，兩旁並開有二個拱門連接左右廂廊，廂廊內供奉有境主公與註生娘娘。 |
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正殿的石雕為蔣馨石雕匠師水文師（蔣文水）的作品，以花鳥及三國演義的故事為雕刻題材，採內枝外葉的深浮雕工法，內容有「空城計」、「苦肉計」、「張松獻蜀圖」、「馬超戰許褚」等作品。另外，兩側的石雕為「博古花卉」，雕工之精湛，展現石雕匠師的工藝。 |
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正殿內棟架上的木雕，大多為潮州及泉州匠師所施做，四點金柱的上方的棟架為三通五瓜，為使正殿內屋頂更為高聳，位於通樑的下方以牌樓疊斗的方式增加高度，並兼具結構力學的用途，此種作法可見於旱溪樂成宮、彰化南瑤宮、彰化元清觀等廟宇。
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正殿的神龕則為樹發師所承包，由泉州木雕師傅連吉師（黃連吉）施做，當時也結合了溫州、潮州及鹿港匠師共同參與，神龕的造型宛如一座寺廟，雕刻富麗堂皇，斗栱出簷、吊筒垂珠，神龕正上方書有「湄洲聖母」的牌匾，前方的龍柱雕刻並有八仙人物裝飾其上，整座神龕更顯得莊嚴肅穆。 |
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神龕上方有清朝雍正皇帝所御賜「神昭海表」、乾隆皇帝御賜「佑濟昭靈」及光緒皇帝御賜「與天同功」匾額。此三塊御賜的匾額，其共同的特色為皇帝所落款的印章，位於匾額的正中央。「佑濟昭靈」匾額為乾隆皇帝所御賜，原為鹿港新祖宮（官建媽祖廟）所有，由於新祖宮在光復初期無人看管，此塊匾額堆置於廟內，後來由當時鹿港鎮長陳培煦請人將匾額送修後，改懸掛在舊祖宮的正殿，保存至今日。 |
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民國四十六年為迎接媽祖的千年壽誕，正殿神龕曾經局部重修，由旅居高雄的鹿僑捐資修護，此次的重修以正殿的棟架及神房的木雕彩繪安金為主。由於天后宮的煙火興盛，目前正殿的木雕及彩繪因香煙裊裊而燻黑。
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昭和十一年（一九三六年）天后宮重修完成後，因故並未舉辦謝土儀式，目前正殿四面的磚墻上方，尚留有當時的施工孔，表示天后宮尚未建設完成之意。正殿的磚墻勾縫為圓弧外凸造型，此種做法亦可在台北孔廟大成殿看到，為泉州溪底匠派的做法。
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