据地方史志文献记载，关王庙于明正德年间(1509-1512)扩建，原占地十余亩，规模宏大。中轴线上依次为木牌坊、山门、献殿、正殿、享厅、春秋楼、寝宫，两侧配以白马祠、部将祠、钟楼、鼓楼、廊坊等，但在明嘉靖三十四年(1555)的大地震中全部被毁。万历二十五年(1597),巡盐御史吴楷为彰显河东盐商秉持关公信义精神，诚招天下客，利从信中来，号召众盐商大贾积极捐金献银，施财助工，对创建于元代的关王庙进行重建。此后，这里的盐商凡运盐起程，都要来这里拜谒关帝，以求路途平安顺畅，财利大发。回来后也要来这里烧香还愿，祈求好运连连，财富连绵。正因其如此特殊性，人们亦称运城关王庙为信义财神庙。

在我国，一般庙宇殿堂都是坐北朝南。而运城关王庙却打破常规，建成了坐东朝西。据说当时在修建关王庙时，考虑到西边不远的解州常平村就是关公家乡，择取坐东朝西可以让关帝时常面向故土，护佑乡民百姓;还有一种说法，关帝思念故里，魂归家乡，以行宫大门朝西，求得关帝出巡落座便捷之意，更彰显该庙的神奇灵验。

运城关王庙沿轴线西面为山门，位于高1.2米的台基上，面宽三间，进深两椽，单檐悬山顶，面积70平方米。前后檐下有八根雕龙石柱巍然耸立，前檐明柱上“大明正德四年”的题记清晰可辨。山门前后檐为五踩斗拱，形式繁杂，有五种之多，既减少主椽承重，又显示了我国传统建筑之美感。20世纪70年代，因拓宽北大街，将山门迁至红旗西街。2006年，重修恢复关王庙原貌，将山门迁回原址。

踏入山门，迎面就是献殿。献殿面宽三间，进深两椽，单檐卷棚硬山顶，建筑面积242平方米。该殿前后檐下无墙，于台基边沿设石栏杆，明间设台阶，宽敞明亮，庄严肃穆。台阶两旁的石护栏浮雕有灵羊、奔鹿等吉祥图案，活泼灵动，栩栩如生。据献殿梁记，该殿于清咸丰元年(1851)重修，但殿中保存的两块《关帝签谱》碑，却是珍贵的明代文物。关公被民间奉为万能之神，故凡司命禄、佑科举、治病除灾、驱邪避恶、诛罚叛逆、招财进宝、庇护商贾等，大都会求关帝灵签，因而千百年来深受百姓大众青睐。运城关王庙《关帝签谱》堪称母本或蓝本，各地民间流传的《关帝签谱》，大都由这里拓印传抄，故而具有极高的研究价值。

通过献殿便可步入正殿。关王庙正殿面宽三间,进深三间,单檐歇山顶,琉璃瓦屋面,重建于明万历二十五年(1597) 。大殿前檐为五踩单翘斗拱,山面为五踩重翘斗拱,殿内神龛之小木作斗拱甚为精美。殿内巨木凌空纵横交错,彩绘龙凤图案古朴雅致,美不胜收。雕梁画栋, 飞檐斗拱,浓缩了关王庙建筑雕刻等艺术的精华。正殿中神龛之内供奉着关公铜坐像,神态端庄肃穆,表情勇猛刚毅,令人肃然起敬。

神龛为木雕制品,顶置井字天花、彩绘龙凤,四周上部木雕花卉纹饰,玲珑剔透,巧夺天工。正面上悬一块明万历二十六年(1598)运城百姓敬赠的“乾坤正气”木匾，木匾四周雕有26个形态各异的人物，其中两旁为关公骑马征战图，雕刻精细，形象生动，关公跃马沙场威震华夏的气势呼之欲出。不仅如此，该匾额是在明万历四十二年(1614)关公封“帝”之前称“王”时期所制，由此可知关王庙的由来。

因曾是盐湖区博物馆的旧址，所以，关王庙除了故有的明代关王铸像、100公斤重的铜香炉、250公斤重的大铜镜和雕刻精致的石护栏、蟠龙柱、《关帝签谱》碑刻以及清代年间的关公坐像、骑马像、风雨竹碑刻等诸多历史遗存外，庙内至今还保存有许多珍贵文物，其中最著名的便是宋代的“大观圣作之碑”。

在关王庙正殿后，是20世纪后期复建的春秋楼，楼前碑亭内置一通碑刻，即为北宋徽宗赵佶撰文书写的“大观圣作之碑”。该碑为龟形底座、圆形头额，通高5.12米，宽1.3米，厚0.44米。因宋徽宗的“瘦金体”笔势劲逸、意度天成，太师蔡京题额字势豪健、遒劲沉稳，书丹者李时雍又以书画名于天下，使得“大观圣作之碑”成为集三家书法为一体的中国书法名碑;又因其内容是皇帝为学生制定的八条“行为准则”，故称“御制学校八行八刑碑”，它成为研究宋代教育制度的宝贵资料和重要参考。此碑原为安邑县文庙之物，20世纪80年代迁移至此。

2013年，运城关王庙被国务院公布为第七批全国重点文物保护单位。