Khuôn viên của Thế Tổ miếu có hình chữ nhật, diện tích khoảng trên 2ha, chiếm đến 1/18 diện tích toàn bộ các khu vực bên trong Hoàng thành và Tử Cấm thành. Thế Tổ miếu là một công trình kiến trúc gỗ rất lớn được xây theo lối "trùng thiềm điệp ốc" đặt trên nền cao gần 1 m. Bình diện mặt nền hình chữ nhật (54,60 m × 27,70 m), diện tích 1500 m². Nhà chính có 9 gian và 2 chái kép, nhà trước có 11 gian và 2 chái đơn, nối liền nhau bằng vì vỏ cua chạm trổ rất tinh tế. Mái được lợp ngói hoàng lưu ly với đỉnh nóc gắn liền thái cực bằng pháp lam rực rỡ. Bên trong khuôn viên ngoài tòa Thế Tổ miếu là công trình chính còn có thêm các công trình khác như Thổ công từ, Cửu đỉnh, Hiển Lâm các, Canh Y điện, Tả vu, Hữu vu.