Từ bên ngoài nhìn vào, toàn bộ khu Văn Miếu – Quốc Tử Giám được bao quanh 4 phía bởi một khung tường xây bằng những viên gạch vồ cỡ lớn – loại vật liệu kiến trúc phổ biến thời Hậu Lê, tạo nên một không gian cổ kính, trang nghiêm, đầy hoài niệm. Bên trong khung tường, những mái kiến trúc cổ ẩn hiện dưới cành lá sum suê của những tán cây cổ thụ khiến cho nơi đây mang một cảnh sắc hoàn toàn khác biệt với bên ngoài, tạo sự thu hút đặc biệt đối với du khách.

Phía trước Văn Miếu, ở bên kia đường Quốc Tử Giám, có một hồ nước khá rộng, gọi là Hồ Văn. Trước đây, giữa hồ có gò Kim Châu, trên dựng một phương đình - “Phán Thuỷ đình”, là nơi diễn ra các buổi bình thơ của Nho sĩ. Nay phương đình đã mất, trên gò vẫn còn tấm bia dựng năm Tự Đức 18 (1865) ghi lại việc tu sửa Văn Miếu.

Tọa lạc trong một khuôn viên rộng lớn, khu nội tự của Văn Miếu – Quốc Tử Giám được chia làm 5 khu vực, ngăn cách bởi những bức tường ngang xây gạch vồ cổ kính.

Khu vực thứ nhất bắt đầu từ Văn Miếu môn đến Đại Trung môn. Trước khi vào được Văn Miếu môn, du khách sẽ phải đi qua nghi môn ngoại gồm 4 cột lớn (tứ trụ) được xây bằng gạch, trong đó hai trụ giữa xây cao hơn, đỉnh trụ đặt hai tượng nghê chầu; hai trụ ngoài thấp hơn, đỉnh trụ đắp hình chim phượng, đuôi chụm vào nhau, 4 đầu quay về 4 hướng. Thân trụ đắp nổi các đôi câu đối chữ Hán. Hai bên nghi môn có 2 bia “Hạ mã” (xuống ngựa).

Qua nghi môn ngoại, du khách sẽ đi thẳng đến Văn Miếu môn (nghi môn nội) gồm 3 cửa cuốn vòm, trong đó cửa chính giữa xây 2 tầng. Tầng dưới được thiết kế to, rộng, có cầu thang lên tầng trên. Phía bên ngoài tầng dưới chỉ mở một cửa cuốn, 2 cánh bằng gỗ, mi cửa hình bán nguyệt chạm nổi đôi rồng chầu mặt nguyệt. Tầng trên thu nhỏ hơn, được thiết kế như một nghi môn 2 tầng 8 mái gồm 4 mái hiên và 4 mái nóc. Tầng này mở 3 cửa cuốn, cửa giữa có treo chuông khánh, xung quanh có hành lang rộng, 4 mặt có lan can.

Từ Văn Miếu môn, theo con đường lát gạch thẳng tắp, du khách sẽ tới cổng thứ hai là Đại Trung môn gồm 3 gian dựng trên nền gạch cao, mái lợp ngói, kết cấu ba hàng chân cột, hai bên có 2 cửa nhỏ là Thành Đức môn và Đại Tài môn. Bức tường ngang nối 3 cửa của Đại Trung môn vươn dài ra 2 bên tới tận tường vây dọc bên ngoài, cùng với bức tường ngang nơi Văn Miếu môn tạo thành một khung hình vuông, bên trong có nhiều cây xanh, bóng mát khiến cho du khách có cảm giác thư thái khi dạo bước giữa chốn trang nghiêm, tĩnh mịch.

Con đường lát gạch từ Văn Miếu môn sẽ tiếp tục đưa du khách tới khu vực thứ hai, từ Đại Trung môn đến Khuê Văn Các. Được dựng năm 1805, Khuê Văn Các là một lầu vuông gồm 2 tầng, 8 mái. Tầng dưới là 4 trụ gạch, 4 phía để trống. Tầng trên có kiến trúc bằng gỗ, mái lợp ngói, 4 mặt bưng ván gỗ, mỗi phía trổ một cửa tròn, có các con tiện tượng trưng cho các tia của sao Khuê đang tỏa sáng trên bầu trời. Hai bên Khuê Văn Các là hai cửa Bí văn và Súc văn – những tên gọi có ý nghĩa ca ngợi vẻ đẹp và giá trị của văn chương. Khuê Văn Các được xem là công trình kiến trúc độc đáo, biểu tượng của văn hóa và văn học Việt Nam.

Bước qua Khuê Văn Các, du khách sẽ đến khu vực thứ ba trong quần thể di tích Văn Miếu – Quốc Tử Giám, đó là giếng Thiên Quang và hệ thống bia Tiến sĩ. Giếng Thiên Quang (Thiên Quang tỉnh) còn được gọi là Văn Trì (Ao Văn) có hình vuông, quanh năm đầy nước. Mặt nước phẳng lặng trở thành tấm gương soi bóng gác Khuê Văn và những cây cổ thụ, tạo nên cảnh sắc lung linh, huyền ảo. Người xưa quan niệm, giếng hình vuông tượng trưng cho đất, cửa tròn gác Khuê Văn tượng trưng cho trời. Tinh hoa của cả trời đất đều được tập trung ở trung tâm văn hóa giáo dục uy nghiêm giữa chốn đô thành này.

Con đường lát gạch bao quanh giếng Thiên Quang sẽ dẫn du khách tới nhà bia Tiến sĩ được dựng ở 2 bên tả, hữu của giếng. Đây được xem là di tích có giá trị quan trọng trong quần thể di tích Văn Miếu – Quốc Tử Giám, gồm 82 tấm bia đá khắc các bài văn bia ghi danh Tiến sĩ Nho học Việt Nam của các khoa thi Đình thời nhà Hậu Lê và nhà Mạc (1442-1779). Tất cả các tấm bia đều được chế tác theo cùng một phong cách, đó là bia dẹt, trán cong, hình vòm. Các tấm bia được đặt trên lưng rùa để biểu thị sự trường tồn của tinh hoa dân tộc, phản ánh được giá trị văn hóa, lịch sử của đất nước trong suốt hơn 300 năm. Đây là nguồn sử liệu vô cùng quý giá giúp thế hệ sau nghiên cứu về cuộc đời và sự nghiệp của nhiều danh nhân đất Việt. Với những giá trị nổi bật, hiếm có, năm 2010, 82 bia đá các khoa thi tiến sĩ triều Hậu Lê và Mạc ở Văn Miếu - Quốc Tử Giám đã được công nhận là Di sản tư liệu thế giới thuộc Chương trình Ký ức thế giới của UNESCO.

Sau khi tham quan nhà bia Tiến sĩ, qua cửa Đại Thành, du khách sẽ tới một khoảng sân rộng lớn được lát gạch Bát Tràng, mở đầu cho khu vực thứ tư, khu vực chính của Văn Miếu – Quốc Tử Giám. Hai bên trái và phải của sân là hai dãy nhà Tả vu, Hữu vu, mỗi dãy nhà có 9 gian, dựng trên nền cao, mái lợp ngói ta, nóc đắp kiểu bờ đinh, kết cấu vì kèo kiểu “chồng rường”.

Kết nối với đầu hồi của hai dãy nhà Tả vu, Hữu vu, tạo nên cấu trúc hình chữ U truyền thống là tòa Đại bái, nơi xưa kia xuân, thu nhị kỳ, vua cùng hoàng thân và các quan lại đến tế Khổng Tử. Tòa Đại bái gồm 9 gian với 6 hàng chân cột, xây trên nền cao hơn mặt sân 30cm, xung quanh nền bó vỉa gạch, mái lợp ngói mũi hài. Các bộ vì kết cấu kiểu “chồng rường, cốn kẻ chồng, bẩy hiên”, giữa bờ nóc đắp nổi hình lưỡng long chầu nguyệt, trên các bẩy hiên trang trí hình hoa lá cách điệu. Hiện chỉ có gian giữa của tòa Đại bái có hương án thờ, các gian còn lại đều để trống. Xung quanh gian thờ treo nhiều bức hoành phi, câu đối ca ngợi Nho học và các vị hiền triết.

Song song với tòa Đại bái ở phía sau là điện Đại Thành gồm 9 gian, xây tường 3 mặt, phía trước có cửa bức bàn đóng kín 5 gian, 4 gian đầu hồi có cửa chấn song cố định. Gian chính giữa của điện đặt khám và ngai lớn thờ Khổng Tử.

Khu vực thứ năm trong quần thể di tích Văn Miếu – Quốc Tử Giám là nhà Thái học, xưa là Quốc Tử Giám, nơi đào tạo nhân tài cho các triều đại. Trải qua thời gian cùng những biến cố lịch sử, tòa nhà cũ đã bị phá hủy. Năm 1999, nhà Thái học đã được khởi dựng lại với quy mô kiến trúc bề thế và hài hoà với cảnh quan của khu Văn Miếu phía trước. Nhà Thái học có kết cấu liên hoàn, mái lợp ngói mũi hài, các bộ vì đỡ mái kiểu “chồng rường, cốn chồng kẻ, bẩy hiên”, nền lát gạch Bát Tràng. Cung thờ phía sau xây kiểu mái chồng diêm, lợp ngói mũi hài, kết cấu bộ vì kiểu “chồng rường giá chiêng”.

Phần kiến trúc sau cùng là khu Tiền đường và Hậu đường được xây dựng lại năm 1999. Tiền đường có 9 gian với 40 cột gỗ lim chống mái, đầu hồi xây tường bằng gạch. Đây hiện là nơi trưng bày những tư liệu thể hiện truyền thống hiếu học, tôn sư trọng đạo của các thế hệ người Việt. Tiền đường nối với Hậu đường qua ống muống, có hai cửa sang nhà chuông, nhà trống. Hậu đường là kiến trúc gỗ hai tầng, trong đó, tầng 1 gồm 9 gian, 2 chái với 72 cột gỗ lim, là nơi tôn vinh Danh sư Quốc Tử Giám Tư nghiệp Chu Văn An – danh nhân văn hóa thế giới, nhà giáo lỗi lạc của Việt Nam và trưng bày các tư liệu về Văn Miếu – Quốc Tử Giám cũng như nền giáo dục Nho học Việt Nam. Tầng 2 là nơi tôn thờ các vị vua đã có công xây dựng Văn Miếu - Quốc Tử Giám và đóng góp vào sự nghiệp giáo dục Nho học của dân tộc, đó là Vua Lý Thánh Tông, Lý Nhân Tông và Lê Thánh Tông.

Hiện nay, Văn Miếu – Quốc Tử Giám còn là nơi tổ chức các hoạt động văn hóa tiêu biểu như các hội thảo khoa học, triển lãm chuyên đề; tuyên dương các thủ khoa xuất sắc tốt nghiệp các trường đại học, học viện trên địa bàn Hà Nội; trao giấy chứng nhận học hàm Giáo sư, Phó Giáo sư hay tổ chức thường niên Hội sách, Ngày thơ Việt Nam…