白帝庙位于半岛最高处，总占地面积约4000平方米，建筑面积1691.2平方米。庙内有前殿（托孤堂）、明良殿、武侯祠、观星亭、白楼等古今建筑，有东碑林、西碑林、文物陈列室、悬棺陈列室等景点，白帝庙北侧有“三峡第一碑林——竹枝园”。史载：“述殁，国人于白帝城建庙祀之。”明正德八年（1513年），四川巡抚林俊以马援“子阳（公孙述字子阳）井底之蛙耳”为据，毁公孙述像，另祭祀江神、土地神和汉将马援（伏波）像，改称三公祠。明嘉靖十一年（1532年），巡抚司朱廷立和按察司副使张俭取“先主武侯同门宫”之意，将三公祠更名为义正祠，祀蜀汉昭烈帝与丞相诸葛亮，并塑立雕像。明嘉靖三十六年（1557年），巡抚段锦又增塑关羽、张飞和诸葛亮祖孙三代的像，改义正祠为明良殿。至此，“白帝庙内无白帝，长祀蜀汉人物”的格局一直沿袭至今。清代先后整修过庙宇，格局基本形成。1974年至1976年进行全面维修，1977年春节开放。1992年，白帝城博物馆在白帝庙北侧修建“三峡第一碑林——竹枝园”，形成今格局。

蜀汉堂

蜀汉堂在白帝庙内，正中为3尊青铜铸像，诸葛亮居左，刘备居右，二人隔案而坐，相谈甚欢，奉茶的小书童侍立于旁。蜀汉堂展现“隆中对”的历史场景。

伐吴堂

伐吴堂是白帝庙内展示“冲车”“木牛流马”“抛石机”“井阑”等三国时期的攻城武器，墙上的壁画勾勒“关张遇害”“刘备出征”“陆逊受封（大都督）”“火烧连营”“夷陵兵败”等几个历史片段，概述“夷陵之战”的历史。

八阵厅

八阵厅位于白帝庙内，是以一具地理模型和一幅铜质浮雕描绘诸葛亮“八阵图”困敌的传奇故事。

明良殿

明良殿正对庙门，处于整个白帝庙的中轴线上，是白帝庙的正殿，取“明君良臣”之意。殿内供奉蜀汉昭烈帝刘备、丞相诸葛亮、关羽、张飞像。清康熙十年（1671年），曾任夔州知府的四川湖广总督蔡毓荣重修明良殿，并题“汉代明良”匾额，悬挂于明良殿正上方，后被录入《中华名匾》。

文臣厅

在明良殿右侧是文臣厅，供有10尊青铜塑像，为蜀汉10大名臣：邓芝、庞统、张松、糜竺、蒋琬、费祎、孙乾、李严、董和、法正。

武将厅

在明良殿左侧为武将厅，供有10尊青铜塑像，为蜀汉10大名将：关羽、张飞、赵云、马超、黄忠、魏延、严颜、姜维、王平、向宠。

武侯祠

武侯祠位于明良殿西侧，殿内供有诸葛亮及其儿子诸葛瞻、孙子诸葛尚的塑像。祠内有对联：“三代英才千秋扼腕，蜀中相业百代留芳。”

托孤堂

托孤堂位于白帝庙前殿。为21尊仿真人高度的彩色玻璃钢塑像，再现“白帝城刘备托孤”历史。

忠武堂

忠武堂用壁画和木刻介绍诸葛亮的生平和主要事迹，如“舌战群儒”“草船借箭”“借东风”“七擒孟获”“六出祁山”“空城计”等。

白帝城位于瞿塘峡口，距奉节县城以东10千米。四面环水，踞水陆要津。西汉末年，公孙述割据四川，见此地险要，易守难攻，便修建城池，方圆约五里，并屯兵防守。当时城中有口古井，常常有白雾升腾，有人传言这是“白龙献瑞”，要出新天子之吉兆。于是公孙述“跃马称帝”，自号“白帝”，其所建城池得名“白帝城”。东汉建武十二年（36年），汉光武帝刘秀派兵入川，公孙述战死成都。公孙述称帝12年，在其称帝期间，各地战乱频繁，唯白帝城一带较为安宁。他死后，当地百姓感念其恩，便在白帝山上修建一座庙宇，供公孙述像以做祭祀，为白帝庙。乾元二年（759年），唐代大诗人李白一首《早发白帝城》诗使白帝城蜚声海内外。2007年三峡大坝蓄水至海拔175米后，白帝城已成四面环水的孤岛。

白帝庙庙门是白帝城的标志性建筑，重建于清代，沿袭典型的明代建筑风格。前为砖砌牌楼式石拱门洞，后为木结构单坡式门殿，牌楼两侧为“八字”照壁，东西两侧画降龙云气图案和宝瓶云气图案。门洞竖匾上三周为五龙围绕的浮雕图案，中间竖写隶体“白帝庙”名，用蓝点白瓷镶嵌。原宋人张珖隶书“白帝庙”因年代久远，字迹破损，1957年由当代书法家刘孟伉重书，已被列入《中华名匾》。大门两边墙上两只带有双喜图案的花瓶，右边插牡丹，左边插菊花，寓意富贵和吉祥。门柱对联由民国时期名人黄元澡题写，上联“万国衣冠拜冕旒，暨号称尊，岂容公孙跃马”，下联“三分割据纡筹策，托孤寄命，赖有诸葛卧龙”。