龙马负图寺为三进院落结构。一进为山门与鼓钟楼，山门悬挂有当代著名易学家、中国周易学会会长刘大钧教授亲笔题写的“龙马负图寺”寺名，和中国道教协会会长任法融书写的“伏羲庙”三字，两块匾额，字体遒劲有力，与峻拔巍峨的山门，古朴大方的钟鼓楼，相映生辉。山门内为一龙头马身，踏波而行的龙马雕像。

二进为伏羲殿，单檐歇山式建筑，琉璃瓦覆顶，屋脊饰有吻兽，砖木混合结构。殿内镶嵌有碑刻题记约二十余通，“一画开天”“图河故道”、“古河图”、“渊源”等古碑刻，字迹苍劲，刀法古拙，可谓稀世珍品。“伏羲圣像”、“伏羲庙全图”还有历代文人学士撰写并书丹的诗文碑碣，如程颐、朱熹、邵雍、王铎、张汉等，都为“龙马负图”出世即在孟津的有力证据。

三进为正殿——三皇殿，重檐庑殿顶结构，建于高台之上，殿高21米，宽30米，进数为明七暗五，殿内供奉伏羲、炎帝、黄帝三皇像，伏羲居中，炎黄二帝分列左右。大殿顶部据《易经》“圣人观天象于天”一语，设为天蓝色，中有伏羲六十四卦方位圆图，卦象黑白相间，中为金色北斗七星图，斗柄回转，暗寓四季。又据《易经》“时乘六龙以御天”一语，顶部两侧各绘金龙三条，四角分别以篆书写有元、享、利、贞四卦语。殿侧东西碑廊内刻有刘大钧教授校点的《周易》经传全文，气势恢宏浩大。刘大钧教授还为此碑刻经传全文撰写了一篇文辞优美的前言

过去寺内香火鼎盛，远近驰名。来此拜谒的多是达官显贵和文人雅士，清河南府尹张汉有诗云：“性癖耽奇古，重游河水隈。行过负图里，接近读书台。七月初阳发，先天一画开。归时夸父老，亲见伏羲来。”中华民国二十一年（1932年）元月四日，蒋介石偕宋美龄由陈继诚陪同，游览负图寺，并题“河图洛书”四字。