悬空寺的选址充分显示出它的合理性，没有花费巨大的劳力去改造地貌，而是因地制宜，巧妙地利用峭壁的凹凸部分依势造殿，显示出各殿阁的主次错落和强烈的节奏感。寺庙建筑半藏绝壁之中，上有巨崖掩护，两旁又有突出的石壁遮挡，下雨时雨水顺崖而下，正好滴在寺庙前檐流入峡谷，避开了雨水对殿宇的侵蚀;山风吹来两旁突出的石壁减缓了风势，减少了对寺庙的威胁。另外，对面高耸的恒山主峰天峰岭遮挡太阳，相对缩短了寺庙的光照时间，就是日照时间最长的夏至时节，每天也只有三四个小时。这些因素是悬空寺巍然屹立1500多年，仍然保持原有风采的重要原因。
悬空寺不仅以建筑奇巧著称于世，最主要的就是反映了“三教合一”的宗教思想。全寺共有大小殿宇40间，其中最著名的就是“三教殿”。三教殿是体现“三教合一”的典型殿阁，位于悬空寺第三部分的最上层。三位教主共聚一堂，中间为佛教创始人释迦牟尼，左边为儒家创始人孔子，右边为道家鼻祖老子，三教供于一殿，在全国各地寺庙建筑中极为罕见。集中体现了中华民族民族共融，世界大同的崇高境界。
悬空寺不仅外形美观，转折升降的木梯上也同样具有艺术价值。木梯上用铁钉组成数十种莲花状的图案，如繁星灿烂，似铁水迸溅，令人赏心悦目，堪称古寺一绝。既起到保护木板和装饰的作用，又赋予了深刻的寓意。香客进寺，踏步而上，可谓“步步登莲，吉祥如意”。集实用、装饰、宗教价值于一身，可见古代建筑工匠的良苦用心。
全寺共有铜铸、铁铸、木雕、石刻、脱纱等塑像80余尊，其中最突出的是大雄宝殿内的3尊脱纱佛像。其做法先用胶泥塑成泥胎，再用南方生产的麻(也叫夏布)一层层地裹，裹到一定成型的厚度，再磨光、油漆、上彩、贴金。塑完后把里边的泥胎从底部掏出，整个塑像形成空壳，高度达50厘米的塑像，净重不超过3公斤，为悬空寺塑像中的一绝。
古往今来，悬空寺以它独特的魅力吸引了不少文人墨客。公元735年，大诗人李白云游至此，挥毫书写了“壮观”两个大字;公元1633年，大旅行家徐霞客游历悬空寺后，在他的游记当中留下了“天下巨观”的赞誉;英国的一位建筑学家曾无限感慨地说过这样一段话：“中国的悬空寺把美学、力学、宗教巧妙地融为一体，达到了尽善尽美，我真正懂得了毕加索所说‘世界上真正的艺术在东方’这句话的含义，悬空寺不仅是中国人民的骄傲，而且是全人类的骄傲。”