大成殿是文廟的主殿，位于第二進院縱軸線上。

大成殿有三層丹墀，闊七間，進深五間，殿高31.8米、闊49.7米、進深47.5米。盝頂重檐，銅瓦飛甍，斗拱交錯、雕梁畫棟。40根金柱，柱高6米，直徑0.8米，紫銅斗拱，雕飾云龍紋；殿脊裝飾龍吻，蓋黃銅瓦；四周有回廊，環(huán)廊寬4米，為雕花漢白玉欄桿，四周有臺階可上高臺進入大殿；殿前有拜臺，復(fù)道四通，是進香祀孔之所，陛下為雙龍戲珠紋，殿內(nèi)頂飾小篆《論語》名句。整個大成殿氣勢雄偉，結(jié)構(gòu)整齊，具有顯著的東方建筑特色。

頭上“大成殿”的匾額是完全以曲阜文廟匾為范本的，字跡雄渾有力。故專家稱譽“北有曲阜，南有柳州”。

柳州文廟大成殿設(shè)計匠心獨具，建筑體量成國內(nèi)之最。重檐盝頂仿唐建筑的大成殿，高30米，寬49.7米，縱深47.5米，矗立于5.8米高的臺基之上，為整個文廟建筑群中的核心主體，也是柳州文廟祭孔大典的中心場所。此處浮光耀金，結(jié)構(gòu)莊嚴(yán)，規(guī)模宏大，讓人頓生肅穆之情。大成殿臺基高5.85米，丹墀共三層，平步處采用福建田黃青石砌就。中間寬3.6米、長18米的御道上，饕餮紋環(huán)繞四圍，19條高浮雕的飛龍神態(tài)各異，有九五至尊的王者之氣，與金光寶氣的大成殿金頂相互輝映。大成殿環(huán)廊的24根紫銅包裝的蓮花騰龍柱，柱高6米，直徑0.8米，也是一大亮點，襯托出大成殿的威嚴(yán)與厚重。

端坐于殿中的孔子鑄銅圓雕帖金座像，連基座高4.25米，像高3.5米，重1.2噸。座像身著十二章帝王服，頭戴十二旒冠冕，威嚴(yán)中透著儒雅，睿智中顯現(xiàn)仁愛，也彰顯著古來孔子的精神領(lǐng)袖地位。這尊孔子坐像，材質(zhì)之精、工藝之精湛、造型之美，在國內(nèi)文廟中屈指可數(shù)。

柳州孔廟大成殿西側(cè)配祀“宗圣”曾子、“亞圣”孟子像，東側(cè)配祀“復(fù)圣”顏淵、“述圣”子思坐像，這些弟子坐像均為生漆脫胎彩繪座像，通高3.8米，像高2.6米，著九章帝王服，頭戴九旒冠冕，他們或講學(xué)、或吟詠、或行禮，神情形態(tài)各異，亦堪稱國內(nèi)文廟塑像中的精品。

柳州文廟大成殿東側(cè)配祀“復(fù)圣”顏淵、“述圣”子思。

大成殿中藻井設(shè)計，亦是柳州文廟的首創(chuàng)。藻井通透，可見天空，寓意孔子思想與天地相通共融。大成殿內(nèi)的四周飾以66000多平方米的紫銅板，紫銅板上用蝕刻工藝雕刻《論語》名句，以此襯托孔子思想的博大精深。