伏羲庙临街而建，院落重重相套，四进四院，宏阔幽深。庙内古建筑包括戏楼、牌坊、大门、仪门、先天殿、太极殿、钟楼、鼓楼、来鹤厅共10座；新建筑有朝房、碑廊、展览厅等共6座。新旧建筑共计76间，整个建筑群坐北朝南，牌坊、大门、仪门、先天殿、太极殿沿纵轴线依次排列，层层推进，庄严雄伟。而朝房、碑廊沿横轴线对称分布，规整划一，具有鲜明的中国传统建筑艺术风格。由于伏羲是古史传说中的第一代帝王，因此建筑群呈宫殿式建筑模式，为全国规模最大的伏羲祭祀建筑群。又因有伏羲庙，民国以前小西关城又叫伏羲城。
先天殿又称正殿、大殿，在中院后部正中，是伏羲庙的主体建筑，巍然屹立于院子正北高1.7米的砖筑月台上。其高大雄伟的殿内，有伏羲彩塑巨像一尊。藻井顶棚正中绘太极河洛八卦图，四周等分为六十四格，内刻绘六十四卦图。先天殿后面为太极殿，又称退殿、寝殿、寝宫，依“前宫后寝”惯例而建，原供伏羲，后祀神农，建筑规模略小于先天殿。
伏羲庙各院内遍布古柏，为明代所植，原有64株，象征伏羲六十四卦之数，现存37株，挺拔苍翠，浓荫蔽日。伏羲庙大门内侧东西墙角原有古槐两株，相对而立。现存东边1株，树干中空，经鉴定为唐代所植。
每逢正月十六为伏羲诞辰日，民间在这里举行隆重的祭祀活动，周边群众扶老携幼，纷纷前来伏羲庙朝拜祭祀“人祖爷”。一时，宝烛辉煌，香烟缭绕，钟鼓鸣天，善男信女异常虔诚，庙内充满着一派庄严肃穆的景象。
每年公历七月，甘肃省人民政府举办规模盛大的公祭活动，一年一度的伏羲文化旅游节，已成为中国最具发展潜力的十大节庆活动之一。公祭仪式已被列为中国首批非物质文化遗产名录。
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