这座庙宇始建于明洪武八年1375年，后经明清两代多次修缮，终成今日规模。整座建筑群坐北朝南，沿中轴线展开，99间殿宇错落有致，从山门到寝殿，中轴对称的布局严丝合缝，既遵循“前朝后寝”的礼制规范，又融入因地制宜的营造智慧。山门面阔五间，歇山顶覆盖着孔雀蓝琉璃瓦，檐下斗拱密集，额枋上“城隍庙”匾额为明代原物，笔力浑厚。穿过山门，戏楼与大殿遥相呼应，戏楼为十字歇山顶，四角飞檐如鸟翼舒展，舞台两侧的八字墙雕刻着“鱼跃龙门”“松鹤延年”等题材，线条流畅，寓意吉祥。
建筑细节的好保存，是三原城隍庙“国内目前保存最好”的核心标志。大殿作为庙宇主体，面阔七间，进深五间，重檐歇山顶覆盖着黄色琉璃瓦，正脊两端的鸱吻高达三米，通体琉璃烧制，龙首怒目，鳞爪分明，为明代琉璃工艺的巅峰之作。殿内梁架为抬梁式结构，采用“五架梁”“七架梁”层层叠起，木质构件均为明清时期的柏木与松木，百年间未因虫蛀或风化变形。梁枋上的彩绘更令人惊叹，以“和玺彩画”与“旋子彩画”为主，朱砂红、石绿、金黄等色历经数百年风雨，仍在光线折射下泛着温润光泽，人物、花鸟等图案清晰可辨。 附属文物的原真性，进一步夯实了其“保存最好”的地位。庙内现存明清碑刻20余通，记载着历代修缮史与祭祀活动，其中明万历年间的《重修城隍庙碑》字迹清晰，碑额浮雕“二龙戏珠”刀法凌厉；大殿前的石雕龙柱高4.5米，龙身缠绕柱体，龙鳞以浅浮雕技法呈现，手指轻触仍能感受到细微的凹凸纹理。此外，庙内的铜钟、香炉、匾额等器物，多为明清原物，未经过现代仿制或大规模改动，整呈现了庙宇的历史风貌。从明代的奠基到清代的善，三原城隍庙始终以“修旧如旧”的原则延续着生命。它没有经历大规模拆改，也未因岁月侵蚀而失其筋骨，每一处建筑构件、每一件文物，都如时光胶囊般封存着明清两代的营造技艺与社会文化。如今，这座庙宇不仅是三原的文化地标，更以“国内目前保存最好的明清庙宇”之姿，向世人展示着中国古建筑的永恒魅力。